De mechanische voortstuwing van de Jonge Joseph

 

De Jonge Joseph werd voortgestuwd door een Mercedes OM 636 dieselmotor ( 1963 gekocht bij AGAM in Rotterdam) van ca 38 PK bij 3300 rpm met een brandstofverbruik van 228 gr/pk/uur. Met een Velvet hydraulische keerkoppeling met een vertraging van ca 2:1 en een schroef van 17” x 11” (dat wil zeggen een diameter van 17 inch en een spoed van 11 inch).

Met deze installatie werden de volgende snelheden bereikt( toerental van de motor t.o.v. snelheid in knopen):

  Rpm snelh.

1000    2,3

1200    2,8

1650    4,1

2010    4,8

2150   5

2300    5,1

Opvallend is altijd geweest dat het nauwelijks mogelijk was om toerentallen hoger dan 2100 rpm te draaien. De motor gaat dan onregelmatig draaien en het schip gaat nauwelijks sneller. De oorzaak hiervoor lijkt bij een beschouwing van de configuratie rond de schroef twee hoofdredenen te hebben:

1.      De schroef draait ca 10 cm achter een ca 13 cm brede scheg. Hierdoor kan het water over een significant deel van de schroef niet van voren toestromen en zal er cavitatie ontstaan ten gevolge van de hierdoor ontstane plaatselijke onderdrukken.

2.      De schroef zit niet onder maar achter het schip op een diepte van ca 48 cm ( hartlijn schroefas). Hierdoor wordt er gemakkelijk lucht aangezogen voor de schroef langs de achtersteven bij de aansluiting met de huid. Dit is waarschijnlijk de reden van het onregelmatige draaien van de motor bij hogere toerentallen.

Enkele jaren geleden hebben we eens horizontale driehoekige plaatjes gemonteerd tussen de achtersteven en de huiddelen net onder de waterlijn. Het resultaat hiervan was dat de motor iets hoger in toeren kon zonder het verschijnsel van het onregelmatige draaien.

 

In de praktijk was er dus geen 38 PK bij 3300 rpm maar hooguit  2100 x 38/3300 = 24 PK beschikbaar voor de schroef die ook nog onder ongunstige omstandigheden aangestroomd werd.

 

In 2006 bleek dat de Mercedes ‘op’ was. Met name ten gevolge van een probleem in de kop van de motor waardoor hete gassen uit de cilinder rechtstreeks in het koelwater konden lekken en waardoor er eigenlijk continu koelproblemen ontstonden. Reden om nu definitief over te gaan tot de aankoop van een nieuwe motor. Iets dat we tot nu toe uitgesteld hadden ( door twee grondige revisies van de oude Mercedes) omdat we vonden dat die oude motor ook wel een beetje bij het schip hoorde.

 

Bij Drinkwaard te Sliedrecht ( waar we altijd de Mercedes mee aan de praat gehouden hadden) was het advies om een Mitsubishi S4L2 met 42 PK bij 3000 rpm te nemen, omdat deze qua basis goed op de fundatie van de Mercedes past en verder overal net wat kleiner is. Dat advies hebben we overgenomen. De motor staat op elastische motorsteunen met een gemiddelde hardheid van ik geloof 55 graden shore.

 

De standaard keerkoppeling die hierbij aangeboden wordt is een ZF 10. Echter wij hebben gekozen voor de ZF 15 MA ( reductie vooruit 1,95 : 1 en achteruit 1,88 : 1. De keerkoppeling draait bij vooruit varen eigenlijk continu in zijn achteruit omdat we voor een linksdraaiende schroef gekozen hebben. Volgens de leverancier is dit geen enkel probleem) omdat deze een hoek van 8 graden creëert tussen de motor en de schroefas en daarmee komt de motor horizontaler in het schip te staan en steekt een de voorzijde  dus minder omhoog. Een bijkomend voordeel is dat deze keerkoppeling wat meer overbemeten ( 60 PK bij 3000 rpm) is en dus minder snel overbelast zal raken. Via een elastische koppeling en een schroefas ( ca 1800mm lang)  van 30 mm diameter gelagerd in een rubberen Vetus lager (afgedicht met een zwevende gland) wordt de bronzen schroef van 16”(diameter) X 11” (spoed aangedreven).

 

We hebben nog in overweging om een elastische opgesteld druklager te monteren net achter de gland en dan een tussenas met aan iedere kant een elastische koppeling. Dit principe wordt meestal toegepast met homokinetische koppelingen maar als werktuigbouwer vind ik dat te fijnzinnige techniek voor een aandrijving die ook wel eens een keer onder zout water zal komen te staan. Omdat de ombouw in Italië plaats vond en we nog niet zeker weten of we dit wel willen en hoe het allemaal gaat passen hebben we dit voorlopig niet gedaan.

 

Alhoewel tegenwoordig een rechtsdraaiende schroef eigenlijk standaard is hebben we gekozen voor een linksdraaiende schroef . De reden hiervoor is dat we daaraan gewend zijn omdat de oude schroef  ook een linksdraaiende was. Maar belangrijker nog is dat met een linksdraaiende schroef de boeg van het schip bij achteruit slaan naar bakboord trekt. Bij aanleggen aan stuurboord en ook bij draaien over bakboord ( wat de normale kant is als je van stuurboordwal naar stuurboordwal draait) wordt de draai geholpen door de linksdraaiende schroef terwijl bij een rechtsdraaiende schroef deze juist tegen zou werken bij deze draairichting, en de Joseph draait toch al zo moeizaam.

 

Deskundigen hebben ons vanuit hun vuistregels een schroef van 16” x 12” aangeraden. Omdat we de ervaring hadden dat met name bij tegenwind en golfslag de Jonge Joseph snel vrijwel stil viel hebben we gekozen voor een schroef van 16”x 11”. Deze iets kleinere spoed helpt om bij lage snelheden van het schip ( tegen wind en golfslag) de motor niet te snel over te belasten en dus meer gebruik te kunnen maken van de PK’s van de motor.

 

Tegelijkertijd met de nieuwe motor hebben we de gehele voortstuwingsconfiguratie eens goed bestudeerd. Om de bovenstaande 2 bezwaren te ondervangen hebben we het volgende gedaan:

1.     We hebben de scheg over de hoogte van de diameter van de schroef ( behalve natuurlijk in het midden waar het schroefaslager zit) aan beide zijden afgeschuind opdat het water redelijk ongehinderd naar de schroef kan toestromen. Deskundigen stelden dat bij ons soort snelheden een hoek van ca 20 graden voldoende resultaat zou geven en dat wilde zeggen dat de scheg over een lengte van ca 18 cm afgeschuind moest worden. Dat is uitgevoerd en vervolgens is om de afgeschuinde punt een “korsetje” van RVS ( 4 – 6 mm dik) gemaakt om het geheel te verstevigen.

2.      Om het aanzuigen van lucht tegen te gaan is er van RVS 4 mm dik een stuk schroeftunnel gemaakt boven de schroef. Over een hoek van ca 120 graden. Deze is aan de achterzijde verstevigd met een strip van 40 x 6 mm en deze strip is weer aan beide uiteinden afgesteund met een rechte strip naar boven tegen de achtersteven.

 

Na de inbouw van de nieuwe motor ( in Italië) en de aanpassingen aan het achterschip hebben we proefgevaren met de volgende resultaten:

  Rpm       snelh   

1000          3,1

1500         4,5

1850          5,1

2000          5,3

 

Bij 2000 rpm loopt het schip nu dus 5,3 knoop tegenover vroeger 4,8. Een winst van 0,5 knoop. Belangrijker misschien is dat er bij 2000 rpm nog geen spoor van onregelmatig draaien of lucht aanzuigen is. ( hoger dan 2000 rpm hebben we nog niet gedraaid omdat dat nog niet toegestaan is tijdens het inlopen van de nieuwe motor) .

Natuurlijk zijn we benieuwd wat de maximum snelheid wordt als we de motor voluit mogen belasten, maar dat duurt nog 50 motoruren.

 

Wat ook opviel is dat het achterschip hoger is komen te liggen. Ik schat zo’n 5 – 10 cm. Dit is ten gevolge van het lagere gewicht van de motor en de keerkoppeling. De nieuwe motor weegt  185 kg en de nieuwe keerkoppeling ca 14 kg. De oude motor woog  #### kg en de oude keerkoppeling ca 38 kg. Het totale verschil is dus ca #### kg. Dit zal gecompenseerd moeten worden met extra ballast in het achterschip.

 

Voor diegenen die zich wat meer in de materie van voortstuwingsberekeningen willen verdiepen volgt hierna een meer gedetailleerdere berekening van scheepsweerstand en stuwdrukken. Overigens ook leerzaam voor derden die dit soort zaken van een ander schip willen berekenen.