De scheepsmotor draait om de schroef

Na lang zoeken en vergelijken heb ik een verwaarloosde stalen kotter van 11,15 meter gekocht. Dat de motor moet worden vervangen was vanaf het eerste moment duidelijk. Het heeft lang geduurd voordat het besef doorbrak dat niet de motor maar de rompsnelheid het uitgangspunt moet zijn. Dit is het verhaal van 105 pk naar 63 pk zonder snelheidsverlies.

Doel van de bootaandrijving is de rompsnelheid halen

Al bij het wegvaren via het Amsterdam-Rijnkanaal blijkt de boot een raceauto gevoel te kunnen geven met een rokende DAF-diesel van 105 pk. Het met piepende banden wegrijden is vervangen door een stoot gas met een venijnig gegrom en bijbehorende grijze wolk. Het achterschip graaft zich daarbij twintig centimeter dieper in het water, en er worden indrukwekkende golven opgewekt. Net als met de auto is de lol snel over, niet alleen door de snelheidsbeperking van 9 kilometer per uur op de mooiere vaarwegen. Ook door het forse dieselverbruik dat bij vol vermogen vlotjes richting 8 liter per uur gaat.

Hij rookt, hij stinkt, hij zuipt, hij maakt lawaai en hij lijkt een monster (vrachtwagen motor in een personenwagen).

Wat wil ik nu eigenlijk? Bij alles wat ik me kan bedenken blijft één ding de heilige constante: van A naar B met de maximale snelheid, want ik hou van afstanden varen. Zonder rookwolken en zonder herrie, zodat ik de kans vergroot om mijn echtgenote enthousiast te krijgen.

Mijn prioriteiten bij een nieuwe motor

Van een nieuwe motor verwacht ik dat die niet rookt of stinkt, en minder diesel/CO2 de lucht in spuit. Dat is de voornaamste motivatie om de DAF te vervangen in plaats van die te laten reviseren. Mijn persoonlijke wensenlijst in volgorde van belangrijkheid:

  1. Vlot de boot op kruissnelheid (=80% van rompsnelheid) kunnen brengen
  2. Vlot kunnen accelereren van kruissnelheid naar rompsnelheid
  3. Bij kruissnelheid geen noemenswaardig geluid maken, en op rompsnelheid geen lawaai
  4. Maximaal 4 liter diesel per uur gebruiken op kruissnelheid
  5. Betrouwbaar werken, zonder kans op oververhitting bij langdurig varen op rompsnelheid
  6. Bescheiden onderhoudskosten (hoeveelheid carterolie, filters, geen roetvorming, onderhoud)

Ik heb er geen moeite mee dat als er op vol vermogen wordt gevaren, het gekuid en verbruik iets toenemen. Het mag niet storend worden en de motor moet geen oververhittingsprobleem veroorzaken bij een gehele dag op rompsnelheid tegen de stroom in varen op de Rijn in Duitsland. Tenslotte staat de Zwarte Zee via de Donau in de top 3 van de droomroutes.

Snelheid maken is de kerncompetentie van elke scheepsmotor. De eerste vraag is dan ook:

Wat is de topsnelheid van mijn boot?

Er is een groot verschil tussen boten die ‘door’ en ‘op’ het water varen. Voor een waterverplaatsend schip (full displacement) vormt de rompsnelheid het theoretisch maximum. Bij een halve waterverplaatser (semi-displacement) of een planerende boot wordt varen pas leuk als je over de rompsnelheid heen gaat.

Wat betekent rompsnelheid? De boot drukt het water weg waardoor een boeggolf ontstaat. In het golfdal achter de boeggolf vaart  je boot. De rompsnelheid is de situatie waarbij de boot tussen de boeggolf en de hekgolf in vaart. De waterlijnlengte van de boot zit dan tussen twee golven in. Wil je nog sneller dan moet je op de boeggolf zien terecht te komen. Met een vlakke onderkant of een V-bodem is dat mogelijk als je meer ‘lift’ kunt veroorzaken dan het spul weegt. Kleine zeilboten en speedboten zijn bedoeld om in plané te gaan. Bij waterverplaatsers is dat onbegonnen werk, die hebben exponentieel meer pk’s nodig terwijl ze nooit het tempo van een speedboot halen.

Zoek horizontaal de lengte en lees verticaal de snelheid in km/uur af.

Het grafiekje hiernaast geeft je een goede indicatie. Horizontaal staat de lengte van de waterlijn, op de verticale as de rompsnelheid (rode lijn) en kruissnelheid (groene lijn). De formule om de rompsnelheid precies te berekenen is:

vromp = 2,42 * √(Lengte waterlijn in meters)

Dat geeft de snelheid in knopen, vermenigvuldig met 1,852 en je hebt het aantal kilometers per uur.

Mijn boot had een waterlijn van 9,93 meter en ik heb de romp laten verlengen met een zwemplatform/vuilwatertank van 80 cm. ‘Gratis’ meer snelheid… 10,73 meter waterlijn betekent een rompsnelheid van 7,9 knopen oftewel 14,7 kilometer per uur. Kruissnelheid (80%) is 11,7 km/uur. Dat was met de oude DAF geen probleem, die zat daar al op bij 1200 toeren.

Schepen met te zware motoren herken je aan hoge hekgolven.

Een kanttekening. Bij vrachtschepen speelt de rompsnelheid geen rol van betekenis. Daarbij veroorzaakt het natte oppervlak zoveel wrijvingsweerstand dat het onrendabel is om voldoende pk’s in te bouwen die de boot naar de rompsnelheid kunnen brengen. De meeste vrachtschepen op zee komen niet verder dan 15 tot 17 knopen, dat is trager dan de theeklippers van honderden jaren geleden die 22 knopen onder zeil deden. Cruiseschepen en containerschepen varen soms sneller, 20 tot 22 knopen. De snelste nog varende containerschepen, zoals de Emma Mærsk, haalt 24 knopen met een 109.000 pk scheepsdiesel (groter maken ze niet) waarbij 14.000 liter per uur wordt verstookt.

Waarom zijn motoren van oudere kruisers/kotters zo zwaar uitgevoerd?

Diesel (toen nog accijnsvrij bij bunkerstations op het water) was goedkoop, en een 6-cylinder motor met meer dan 100 pk deed het aan de bar beter. Mensen trokken de vergelijking met auto’s, hoe groter hoe sneller. ‘Je moet reserve overhouden’, was de gangbare mening, met het gevolg dat er reserves van 50% werden ingebouwd. De beschikbaarheid van relatief goedkope vrachtwagen motoren en de marinisatie daarvan hielpen met de ‘overmotorisering’ van driekwart van de schepen.

Van oudsher wordt de schroef gebaseerd op het maximale motorvermogen en minder op de rompsnelheid. Bij veel recreatieschippers drong nooit het besef door dat je nog niet de helft van het motorvermogen gebruikt, terwijl je wel het verbruik van een motor met zes of acht liter cilinderinhoud betaalt. Dat gold ook voor mij, ik tankte eens per twee jaar 250 liter diesel en maakte me meer druk over het opgeladen houden van de accu’s (11 meter stalen S-spant zeiler) dan het dieselverbruik na te rekenen.

Het is nog niet gestopt. Ook vandaag worden nog nieuwe stalen jachten op de markt gebracht waarin om 20 ton boot te verplaatsen een 220 pk scheepsdiesel wordt geïnstalleerd. Misschien is een van de argumenten  dat je de motor niet hoort,  omdat die alleen stationair hoeft te draaien om de 13 meter waterlijn op kruissnelheid te brengen.

Hebben vuistregels waarde?

Absoluut, maar niet als uitgangspunt. Vuistregels zijn eenzijdig. Sommige leveranciers beweren dat een zeilboot met 3 pk per ton af kan en een motorboot met 5 pk of 3,5kW (=4,8pk) per ton. De ANWB-Waterkampioen adviseerde 6 pk in een oud artikel. In de jaren tachtig werd 8 pk per ton voor motorboten aanbevolen. Wanneer je beseft dat de lengte van de waterlijn de rompsnelheid bepaalt, doet het vreemd aan dat het aantal pk’s alleen van de waterverplaatsing zou moeten afhangen.

Je vindt geen vuistregel die de combinatie definieert zoals: 5 pk per ton, keerkoppeling reductie van 2:1 en een 20 inch schroef met 15 inch spoed. Vuistregels hebben hun waarde, maar je mag en kunt geen investering van duizenden euro’s op een vuistregel baseren. Vandaar ons simulatie programma. En ja, achteraf komen vuistregels in de buurt maar dan ken je ook alle details – want het draait om de schroef!

De essentie zit in de schroef, niet in de pk’s!

De schroef van een motorschip stuwt water weg. Naarmate die meer water wegstuwt per omwenteling draait de aandrijving minder toeren. De stuwkracht wordt bepaald door de diameter van de schroef en het aantal schroefbladen. Je streeft bij een waterverplaatser naar een zo groot mogelijke diameter met de kleinst mogelijke spoed. Echter een speedboot die een waterskiër omhoog moet trekken heeft juist een kleine schroef nodig om razendsnel te kunnen accelereren.

Het uitgangspunt is altijd de schroef. De eerste vraag bij een refit is: ‘levert een grotere schroef met meer schroefbladen een besparing in toerental?’ Hoe kan ik op de motor en het verbruik besparen zonder aan snelheid en acceleratievermogen in te boeten?

De vrije ruimte voor de propeller is een bepalende factor. Grotere schroeven moeten dieper onder het water zitten anders zuigt die lucht aan (bijvoorbeeld lucht uit de uitlaat wanneer die in de buurt zit) of vormt bellen. Dit staat bekend als het ventilatie en captivatie effect. Dat kan gepaard gaan met vibratie. Er bestaat ook zoiets als het wieleffect dat het schip naar opzij drukt, al heeft dat vooral consequenties bij achteruit varen. Een van de oorzaken is een te kleine afstand tussen de schroef en de romp. Met een te kleine schroef krijg je de boot nooit aan zijn rompsnelheid terwijl je geneigd bent meer toeren met de motor te draaien dan waarvoor die is bedoeld. Een te kleine motor op een te grote schroef levert zoveel weerstand dat de motor gloeiend wordt wat niet bevorderlijk is voor de levensduur.

Simulatieberekening

We hebben een snelle simulatieberekening gemaakt die dicht in de buurt komt van de professionele software bij de gespecialiseerde leveranciers. Deze laat je toe zelf te spelen met snelheid, gewicht, motorvermogen, keerkoppeling reductie, stuwdruklagers en schroef.

Als de boot op de kant staat kun je de schroef en de overblijvende ruimte opmeten. Op een schroefblad vind je de ingegraveerde maten terug, zoals bij mij 23L15 – Diameter 23 inch, Linksdraaiend, 15 inch spoed (pitch). De diameter bepaalt de stuwdruk, de spoed bepaalt de snelheid. De spoed is de afstand die de schroef in 1 omwenteling door het water aflegt. In theorie tenminste want er is ook nog zoiets als slip en die kan oplopen tot wel 40%.

Let op de speling!

Je moet aan de bovenzijde tussen het uiteinde van het schroefblad en de romp een speling overhouden van 15% tot 20% van de diameter van de schroef, en aan de onderzijde 4% van de diameter schroef. Persoonlijk vind ik 20% aan de bovenkant overdreven voor een waterverplaatsend jacht met een relatief langzaam draaiende schroef.

De reductie in de keerkoppeling bepaalt de power!

De motor levert vermogen, stel bij 1200 toeren 25 pk (na aftrek van verliezen door lagers etc). Dat vermogen vertaalt zich in een koppel (draaimoment). Wanneer een keerkoppeling een reductie heeft van 2:1, betekent dat de schroefas de helft van het aantal toeren van de motor draait. Wat vaak wordt vergeten is dat dit ook betekent dat het koppel op de schroefas verdubbeld. Dus als de motor bij 1200 toeren met 25 pk zijn koppel van 146,4 Nm levert, dan wordt de schroef aangedreven met 600 toeren bij een koppel van 292,8 Nm. Op die manier kun je met een kleinere zuinige sneller draaiende motor toch voldoende stuwkracht genereren om meer gewicht door het water te drukken.

Tweeblads, drieblads, vierblads of vijfblads scheepsschroef?

Een kleinere schroef met meer spoed verzet dezelfde hoeveelheid water als een grotere of eentje met meer bladen en minder spoed. Een langzamer draaiende grotere schroef met veel bladen laat een waterverplaatser vlot op snelheid komen, maar bereikt moeilijker de topsnelheid.

Een kleinere schroef maakt meer omwentelingen om dezelfde hoeveelheid water te verzetten dan een grotere schroef met meer bladen. Brandstofverbruik hangt voor een flink deel samen met het aantal toeren van een motor. Daarom is een 3:1 reductie duur in het verbruik, maar betekent dat je met een kleinere motor kan volstaan die zijn pk’s levert bij een hoger toerental. Minder cilinderinhoud betekent ook minder verbruik, hoewel dat op meer toeren uitkomt en daardoor meer lawaai produceert.

Bij zeilboten is de weerstand van de vaste schroef tijdens het zeilen belangrijker dan sneller accelereren op de motor, tenzij de eigenaar over een ruim budget beschikt en de ideale klapschroef monteert. Normaal kiest een zeiler voor een vaste tweebladsschroef en een motorsailer voor een driebladsschroef.

Voor een waterverplaatsende motorboot lijkt een vijfbladschroef ideaal, behalve als je naar de beschikbaarheid en de prijzen kijkt. Ga uit van een vierbladsschroef als optimaal, simpelweg omdat die tegen normale prijzen in de handel zijn. Gebruik de inruil van je (meestal) driebladsschroef als onderhandelingstactiek bij de offerte voor een nieuwe scheepsmotor. Je schroef moet toch gerepareerd en gebalanceerd worden (bijkomende kosten 150 tot 200 euro die je niet vooraf worden verteld). Veel werven hebben schroeven op voorraad liggen en geen moeite met inruilen.

Welke schroef heb je: linksdraaiend of rechtsdraaiend?

Let op de draairichting van de motor! Een dieselmotor draait linksom of rechtsom. Een schroef draait linksom of rechtsom. De keerkoppeling vormt de verbinding, maar kan een andere reductie hebben in de vooruit dan bij de achteruit.

Onvoorbereid op zoek gaan naar een goedkope motor, zoals ik deed, stelt je achteraf voor verrassingen als je onderdelen wilt hergebruiken. “Uw Velvet keerkoppeling is niet geschikt voor een rechtsdraaiende motor en u heeft een linksdraaiende schroef.” Als je geld wilt besparen dan kun je vaak de keerkoppeling en de schroef herbruiken op de nieuwe motor MITS die dezelfde draairichting heeft. Natuurlijk blijken goedkope scheepsdiesels rechtsdraaiend en de duurdere linksdraaiend. Je kunt beter eerst de draairichting controleren, de bladen/diameter/spoed van de schroef en het model/type/reductie van de keerkoppeling noteren en dan op koopjesjacht gaan. Of nog beter, simuleer eens met onze gewicht/snelheid/pk/toeren/reductie/schroef berekening.

Een linksdraaiende schroef is beter…?!

Ok, dit is mijn persoonlijke mening. Bij een enkele schroef op een motorboot ga ik voor een linksdraaiende schroef. Voortuitvarend behoor je geen verschil te merken tussen rechts- of linksdraaiend, en als dat er toch is corrigeer je dat automatisch met het roer. Maar achteruit varend is een heel ander verhaal. Een rechtsdraaiende schroef in de achteruit trekt de kont naar links. Handig bij afmeren aan bakboordswal, maar ik meer in 80% van de keren af  aan stuurboordwal, met name in sluizen en langs kades. Met een linksdraaiende schroef in de achteruit trekt de kont naar de wal, met de boegschroef zorg ik dat de neus dat ook doet.

Toch kiezen sommige mensen bewust voor rechtsdraaiend omdat achteruit varend uit een rij boten langs een kade nu eenmaal veel makkelijker is bij een kont die vanaf stuurboordwal naar het open water aan bakboord trekt. Dubbele lijn voorop en je bent in notime weg zonder een ander te raken. Tenzij je een boegschroef hebt natuurlijk.

Experiment aan lagerwal

Bij wijze van experiment heb ik eens geprobeerd van lagerwal af te raken met een extra stootwil bij de boeg, de dubbele lijn van de voorbolder naar een punt naast de boot op de wal en de motor met mijn linksdraaiende schroef langzaam vooruit met volle roeruitslag naar stuurboord. Piece-of-cake zolang de stootwillen hun werk doen.

Toegegeven, sinds ik een boegschroef heb bestaat die uitdaging niet meer. Achteruit varen met een boegschroef waarmee je corrigeert zonder het stuurrad aan te raken is eenvoudig. Wegvaren met een boegschroef brengt ook al geen stuurmanskunsten met zich mee. Dat vindt de schipperse vaak ook, waardoor ik het ‘zware werk’ voorop mag doen.

Schroef per romptype

In de simulatie worden bij de schroef vier romptypes afgebeeld.

  1. A = Zware werkboot. Bijvoorbeeld een omgebouwde sleper, patrouillevaartuig, rijnaak of vissersboot. Of de bruine chartervloot.
  2. B = Waterverplaatsend jacht. Daar valt het gros van alle kruisers, kotters, kajuitjachten en sloepen onder.
  3. C = Semi-waterverplaatsend jacht. Een boot die op haar boeggolf kan varen, zoals een licht polyester kajuitjacht met een forse motor.
  4. D = Planerend jacht. Speedboten, en ook lichte zeilboten vallen daaronder.

Wanneer je de 9 verschillende berekende schroeven bekijkt, houd er dan rekening mee dat de tweebladschroeven voor zeiljachten zijn bedoeld die de onderwater weerstand tijdens het zeilen moeten verminderen. Natuurlijk werkt een tweebladsschroef ook prima in een sloepje. Ideaal voor een zeiljacht is een klapschroef, geen vaste schroef.

De geschiktheid van een schroef voor een bepaald type romp is afhankelijk van de spoed/diameter ratio. De optimale schroeven zijn de bovenste drie. De driebladsschroef is uitgerekend, de tweebladsschroef en vierbladdschroef zijn daarvan afgeleid.

Waterverplaatsende motorjachten nemen bij voorkeur een schroef voor romptype B. Als je wilt planeren,  betekent dat in het simulatiemodel dat je gewenste snelheid hoger is dan de rompsnelheid. Professionele hulp zal dan noodzakelijk zijn. Zeker voor speedboten (type D), want het model houdt geen rekening met het benodigde extra vermogen voor waterskiën, indrukwekkend laagvliegen of levensgevaarlijke racerij.

Simulatie van de benodigde motor

Onze simulatie geeft je snel inzicht, toch is het belangrijk om voordat je iets bestelt een schroeven leverancier de puntjes op de ï te laten zetten. Rompvorm en nat oppervlak kunnen een onverwachte rol spelen. Bij een planerende boot kun je niet zonder professioneel advies. Bootaandrijving is geen wetenschap, zelfs de vrachtschepen kunnen niet volledig op de tekentafel worden uitgerekend. Bijvoorbeeld de trekkracht van sleepboten wordt nog steeds in de praktijk met een kabel en een weegschaal bepaald na de tewaterlating.

In het streven naar een motor die voldoet zijn er drie zaken waarmee rekening moet worden gehouden.

1) De motor kan zijn topvermogen alleen kort leveren

De fabriek geeft specificaties af op het topvermogen en stelt tegelijkertijd doodleuk dat de motor niet continu topvermogen mag leveren. Vandaar dat je de technische specificaties nodig hebt. Je ziet al snel hoe die zijn opgesteld. Ik koos voor een Mitsubishi S4S van 63 pk*) bij 2500 toeren. De specs toonden dat de onderliggende stap 57,8 pk is bij 2200 toeren. Die 300 toeren is 12% en ligt tussen de 10%-15% reserve die je moet inbouwen.

En dat is alles, wanneer je op een overcapaciteit van 0 uitkomt met een reserve van 12% is dat prima. Natuurlijk laat je de leverancier schriftelijk garanderen dat het door jou gehanteerde maximum vermogen bij continu gebruik de garantie op de nieuwe motor niet aantast. Wie weet wil je ooit een tochtje naar de bronnen van de Rijn ondernemen 😉

2) Berekenen schroef met topvermogen of gecorrigeerd vermogen?

Ik gebruik bij de simulatie het gecorrigeerde motorvermogen, niet het topvermogen. Hier bestaan verschillende opvattingen over, wanneer je het niet met mij eens bent kun je dit eenvoudig weg overschrijven. Ik ga ervan uit dat de ingebouwde 10-15% reserve ook echt een zelden gebruikte reserve is, waardoor in verhouding de schroef iets groter uitvalt.

Of dat dit betekent dat je met (even) vol vermogen te draaien toch nog extra snelheid kan maken valt te bezien. Een semi-waterverplaatser waarschijnlijk wel, maar een waterverplaatser til je met 10% meer vermogen niet over de boeggolf. Die gaat meer verbruiken en dat is alles. Behalve… als je met je boot gaat slepen, dan werkt de grotere schroef bij de lagere (sleep-)snelheid wel in je voordeel.

3) Hoe bereken je het benodigde vermogen voor PTO-apparaten?

Vermogen voor Power Take Off (PTO) moet je oplossen door het vergroten van de overcapaciteit. Een PTO is het rechtstreeks via een side-adapter (SAE) of op de krukas van de motor of keerkoppeling aansluiten van een hydraulische pomp of 230V generator. Die hebben een bepaald toerental nodig (typisch 1500 toeren), waardoor soms een kleinere schroef een betere oplossing vormt.

Het berekenen van dat soort grappen kun je beter aan de werf overlaten zodat zij opdraaien voor het verwisselen van de schroef als hun advies in de praktijk niet werkt. Ik heb meegemaakt dat een schip vier keer werd voorzien van wijzigingen voordat het aandrijfsysteem perfect werkte. Het is nu eenmaal zo dat ieder schip uniek is en dat berekeningen tientallen kleinere factoren niet meenemen. Waaronder de exacte rompvorm in combinatie met de kegelgrootte van het schroefwater bij achteruitslaan.

*) In Europa worden pk’s als netto output gespecificeerd met aftrek van alles wat de motor intern gebruikt voor pompen en snaren. In Amerika specificeren ze bruto horsepower, met als gevolg dat dezelfde motor daar opeens 5%-10% meer pk’s lijkt te hebben. Let op als je de specs van het internet plukt dat je een Europese site gebruikt!

Minder stinken en minder herrie gaan samen

Vaak betekent een stillere motor dat je minder toeren draait. Bewust een inch grotere diameter schroef met vier bladen bij een gelijkblijvende spoed plaatsen heeft een radicaal toerental verlagend effect op de motor. Dat soort pimping van de motor laat je beter achterwege. Tenzij je ook genoegen neemt om nooit te proberen constant op rompsnelheid te varen. Het ‘pimpen’ van de schroef zorgt voor een andere belasting van de aandrijflijn, en een zwaardere belasting van de motor die daardoor heter wordt.

Minder stinken en minder motorgeluid los je op door een paar honderd euro extra te investeren in een Silent Demper. Van vibraties zul je geen last hebben bij een goed geïnstalleerde nieuwe motor op nieuwe motorblokken. Natuurlijk zet je een schilletje geluidsisolatie rond de motor of in de machinekamer.

Er blijft een klein risico op vibraties door het ventilatie effect bij de schroef als die te ondiep zit of als er minder dan 15-20% speling overblijft tussen bladtip en romp. Mijn oude schroef is een driebladsschroef van 23  inch met een spoed van 15 inch. Dat betekent een benodigde vrije ruimte tussen schroeftip en laagste deel van de romp van 4,6 inch oftwel 11,7 centimeter. Die heb ik niet. Deze schroef is te groot. Toch iets nuanceren, de romp loopt achter de schroef omhoog.

De berekende schroef met de minste spoed uit mijn simulatie is een vierbladsschroef van 21 inch met een spoed van 16,5 inch. Een twee inch kleinere diameter laat 1 inch = 2,54 cm meer vrije ruimte. En de vrije ruimte van 20% van de diameter wordt door de kleinere schroef 10,7 cm. Dus ik krik de vrije ruimte op met 3,5 cm. Met een klein beetje smokkelen kom ik hiermee in de buurt van de 20%.

Stappenplan

Als je een boot hebt of er een wil kopen is een calculatie snel gemaakt.  We werken aan het toevoegen van de berekening voor boegschroeven, hybride elektromotor, generator op de scheepsmotor, stuwdruklager en brandstoffilters.

  1. Verzamel gegevens door zelf te meten, garbage-in – garbage-out, werk met exacte simulatie gegevens. Klik hier voor een afdrukbare PDF om in te vullen aan boord alsje daar geen internet hebt. Neem niets voetstoots aan wat je niet zelf hebt gecontroleerd.
  2. Calculeer de bootaandrijving. Wanneer je de scheepsnaam en je email erbij zet, worden de verschillende calculaties bewaard zodat je kunt vergelijken.

De praktijk wijkt af van de calculatie. Tot nu toe altijd in positieve zin. Een van de oorzaken is dat de gemiddelde waterverplaatsing lager is, je vaart zelden met volle tanks en alle kooien bezet.

Graag commentaar met jouw ervaringen en suggesties ter verbetering.

5 Comments

  • R. Schreurs schreef:

    In het, overigens interessante artikel staat het volgende:
    > Dus als de motor bij 1200 toeren 25 pk levert, dan wordt de schroef aangedreven met 600 toeren door 50 pk.
    Dit klopt niet. Met een reductie van 2:1 verdubbel je het draaimoment (koppel). Het vermogen blijft echter gelijk (afgezien van wrijvingsverliezen in de reductie). Was dat niet het geval, dan zou er een mooie perpetuum mobile te maken zijn.

    • Gerjan schreef:

      Je hebt volkomen gelijk. Ik heb het artikel aangepast. Kan mijn gewijzigde uitleg nu wel je goedkeuring wegdragen? Zou je zin hebben om meer bij te dragen?
      Mvg,
      Gerjan Grootenboer
      Skippersnet

  • M.J. Meijer schreef:

    Hallo Gerjan,

    In het onderhavige geval (een verplaatsingsschip) is de ene pk (tegenwoordig Kw) de andere niet.
    25 pk =18 Kw : 1200 toeren (omw) = 0.015 X 9555= 143 Newtonmeter (Koppel)
    18 Kw bij 600 omw is volgens dezelfde berekening dus 286 Nm

    (Een motorleverancier vertelde mij eens dat pk’s veel makkelijker te verkopen zijn dan Kw’s omdat het voor een leek vrijwel onmogelijk is te begrijpen dat een Kw meer kracht oplevert dan een pk)

    Het vermogen mag volgens de ‘geleerden’ dan in beide gevallen hetzelfde blijven, een simpele ziel als ondergetekende denkt met een vermogen van 18 Kw bij 600 omw toch verder te komen dan met 18 Kw bij 1200 omw.

    Zie als voorbeeld de Mitsubishi S4S.
    Bij de Gebr de Jong staat op het internet een handige vermogensgrafiek waardoor bovengenoemde berekening overbodig wordt

    De Mitsubishi S4S heeft een maximum draaimoment (koppel) van 180 Nm bij 1500 omw.
    Zoals je ziet blijft daar bij 2500 omw ca 170 Nm van over.
    1000 omw meer betekent dus een aanzienlijke winst in geluid en voor de oliehandel doch in een verlies van ca 10 Nm.

    Om zo efficiënt mogelijk van A naar B te komen is het nodig een schroef te monteren die zo veel mogelijk Newtonmeters kan verstouwen.

    Veronderstel eens dat het een schroef is die voor de max rompsnelheid 540 Nm bij 500 omw nodig heeft (wrijvings verliezen buiten beschouwing gelaten)

    Wanneer je daar dan een koppeling met een vertraging van 3:1 tussen plaatst heb je dus maar 1500 omw nodig.

    Volg je echter het advies van de gemiddelde motorleverancier, die voor een behoorlijke boterham zo veel mogelijk pk’s moet verkopen, of wil je zelf zo veel mogelijk pk’s dan krijg je die, maar dan wel bij 2500 omw.

    Omdat je bij 2500 omw ook nog 10 Nm verliest, en de wrijvingsverliezen bij dat toerental er ook niet om zullen liegen, zal je dan een vertraging van bijna 6:1 nodig hebben en die zijn bij mijn weten beneden de 500 Kw bij 1000 omw niet te koop.

    Voor de watersport heb ik nog niet een vertraging van meer dan 3:1 voorbij zien komen.

    Dat betekent dus: 2500 omw : 3 = 833 omw op de schroef die zo minuscuul moet worden dat hij bij dat toerental 3x 170 = 510 Nm kan duwen.

    Tel uit je winst: een verlies van 30 Nm, meer wrijvingsverlies, meer brandstofgebruik, meer lawaai en meer slijtage.

    Met vriendelijke groet,

    Martin Meijer, Zwolle

    • Robert schreef:

      Dank voor je aanvulling. Helemaal mee eens, behalve dat Mitsubishi afraadt om constant met een piekvermogen te varen. Daarom vind je in mijn berekening voor de calculatie van een schroef een marge terug om het toerental te verminderen. Drinkwaard Marine in Sliedrecht gaat uit van maximaal 1500 toeren voor een S4S (daar is o.a. hun generator-oplossing en dynamo op gebaseerd). Een schroef koop je beter bij een specialist. Die maakt het niet uit welke diameter/spoed hij levert, en als je wat meer geld ervoor uittrekt dan is een Autoprop een nog veel zuinigere keuze. Eigenlijk is het beter eerst de schroef diameter/spoed/snelheid te kiezen en dan een motor bij je boot zoeken. Die kant gaat het volgens mij op bij elektrische aandrijvingen.

      Hoe trager de schroefas draait, hoe groter de schroef moet uitvallen om dezelfde snelheid te bereiken.

  • Martin schreef:

    Hallo Gerjan,

    Zoals je in de bovengenoemde vermogensgrafiek kunt zien is het piekvermogen bij de S4S de ononderbroken rode lijn, in casu ca 195 Nm, wat bij ca 1600/1700 omw behaald zal worden, met overmatige slijtage tot gevolg als je daar langer gebruik van maakt dan om even een sluis of brug te halen.

    (Dat de meeste leveranciers voor de S4S 200 Nm opgeven zonder erbij te zeggen dat het om een geprononceerd piekvermogen gaat illustreert dat je gelijk hebt met je stelling dat controle onontbeerlijk is)

    In mijn voorbeeld ga ik uit van door een schroevenleverancier berekende 540 Nm bij 500 omw.
    De Jorens in die kring gaan niet uit van het piekvermogen maar van het door de onderbroken lijn aangegeven continue vermogen ofwel ca 185 Nm.

    Nu ik daar met 180 Nm beneden blijf mogen we er vanuit gaan dat van enig piekvermogen bij 1500 omw geen sprake kan zijn.

    Afgezien daarvan is een lange slagmotor, zoals de S4S, ‘onderin’ (toerental beneden maximum draaimoment) zo sterk dat hij nauwelijks last heeft van wrijvingsverliezen zolang hij niet een koppeling met een vertraging minder dan 2:1 hoeft aan te drijven.

    Een motor waarbij geen snelheid maar kracht (lees koppel) de belangrijkste rol speelt, zoals bij een vrachtwagen, een generator of een verplaatsingsschip, (in tegenstelling tot een personenwagen, een propellervliegtuig of een speedboot) dient altijd op het toerental afgesteld te staan waar hij de meeste kracht (ofwel het hoogste koppel) levert. Vandaar dat Drinkwaard een S4S generator op 1500 omw afstelt.

    Je hebt gelijk met de stelling dat het het beste is om eerst te kijken hoeveel ruimte je in het schroefraam hebt zodat je daar een schroef met de grootst mogelijke diameter kunt plaatsen.
    Hoe groter de diameter hoe minder spoed je immers nodig hebt.
    Dat is belangrijk omdat cavitatie altijd gepaard gaat met rendementsverlies. Dus: hoe meer spoed, hoe meer cavitatie/rendementsverlies je te verwerken krijgt.

    Vandaar dat ik schreef: ‘Om zo efficiënt mogelijk van A naar B te komen is het nodig een schroef te monteren die zo veel mogelijk Newtonmeters kan verstouwen’.
    Dat ik er niet bij vermeldde dat op de eerste plaats de maximale diameter en pas in de tweede plaats naar de spoed gezocht moet worden is dat de schroefleverancier dat al doet.

    Daarbij moet wel in acht genomen worden dat vergroting van de diameter betekend dat de omloopsnelheid van de schroef kwadratisch toeneemt.
    Te weinig ruimte tussen het vlak aan de bovenkant en de hak aan de onderkant kan dan de punten van de schroefbladen verzwakken. Bovendien kan het in de achterkajuit (zover voorhanden) lijken of iemand met een houten hamer op het vlak staat te roffelen.

    Nu met deze configuratie tussen 1000 en1200 omw (afhankelijk persoonlijke voorkeur of omstandigheden) de kruissnelheid bereikt zal worden ben ik wel nieuwsgierig naar de meerwaarde van een autoprop in deze.

    Overigens kun je overbelasting (zeg maar misbruik van het piekvermogen) ook zonder uitlaattemperatuurmeter vaststellen:

    Wanneer een motor de fabriek verlaat staat deze op het maximale toerental afgesteld.
    Bij de S4S is dat dus 2500.
    De reden is dat ze ook gebruikt worden waar toeren even belangrijk zijn als snelheid, zoals bij voorbeeld een planerend bootje, wat niet alleen wat Nm inlevert; met het sterk verhoogde schroeftoerental en spoed zal men ook het nodige schroefrendement inleveren.

    Bij een verplaatsingsschip zal men (als het goed is) niet ver boven het toerental van het maximum koppel uitkomen.
    In dat geval leidt het geheel induwen van het regulateurhendel (zeg maar het gashendel) tot een overmaat aan brandstoftoevoer, met (op den duur) alle gevolgen van dien.

    In plaats daarvan dient men het gashendel langzaam zover naar voren te duwen totdat de toerenteller niet verder omhoog gaat. In dit geval zal dat zo rond de 1700 omw zijn.
    Als men dan ‘het gas’ tot 1500 omw terug neemt is het aannemelijk dat niet het piekvermogen aangesproken wordt.

    Vr gr
    Martin

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *