Na vsakem plovilu se srečamo tudi z menjalniki. Izjema so le JET pogoni, ki menjalnika ne potrebujejo nujno, je pa včasih kljub temu vgrajen. Glavna naloga menjalnika je spreminjanje smeri vrtenja propelerja, poleg tega pa je menjalnik tudi reduktor.
Motorji z notranjim izgorevanjem imajo eno slabost, saj jih ne moremo sproti prižigati in ugašati. Ko ga zaženemo se motor vrti in tako potrebujemo za prosti tek menjalnik. Iz prostega teka menjalnik premaknemo v položaj za vožnjo naprej ali nazaj, ki vrti gred propelerja v eno ali drugo smer. Pri vgradnih motorjih je menjalnik v plovilu takoj za motorjem, pri Z pogonih ga najdemo v sami nogi, pri izvenkrmnih motorjih pa v spodnjem delu pete.
Bolj zanimiva funkcija menjalnika pa je redukcija vrtljajev. Ta je potrebna zato, ker imajo propelerji boljši izkoristek pri manjših vrtljajih, kot jih dajejo običajni motorji z notranjim zgorevanjem. Pri gliserskem tipu plovila se na polnem plinu propelerji vrtijo s cca. 2.500 vrt/min, bencinski motorji pa jih imajo ponavadi okrog 5.000, dieselski slabih 4.000. Tako je potrebno prestavno razmerje za bencinske motorje okrog 2:1 za bencinarje in cca. 1.6:1 za dizle.
Kaj je prestavno razmerje?
To je razmerje med številom vrtljajev gonilne in gnane gredi. Gonilna gred je tista, na katero je spojen motor (torej vstopna ali prva), gnana gred pa je tista na katero je spojen propeler (izstopna ali druga). Prestavno razmerje se označuje s črko "i" in je brezdimenzijska vrednost, torej nima enote! Prestavno razmerje je realno število in se pravilno NE zapisuje kot razmerje (npr. 2:1), vendar se ta zapis uporablja zaradi lažjega ponazarjanja. Če je prestavno razmerje večje od 1, potem govorimo o reduktorju (zmanjša število vrtljajev), če pa je manjše od 1, govorimo o multiplikatorju (poveča število vrtljajev). No pri plovilih vedno potrebujemo reduktor, saj se motorji vedno vrtijo hitreje kot bi želeli...
i = n1 / n2
i = prestavno razmerje
n1 = št. vrtljajev gonilne gredi
n2 = št. vrtljajev gnane gredi
Prestavno razmerje lahko izrazimo tudi kot razmerje med navorom na izstopni gredi in navorom na vstopni gredi.
i = T2 / T1
i = prestavno razmerje
T1 = navor na vstopni gredi
T2 = navor na izstopni gredi
Iz tega sledi tudi, da je:
i = n1 /n2 = T2 / T1
vidimo, da je število vrtljajev v obratnem sorazmerju z navorom! Ni pa v tej enačbi moči!!! Moč se s prestavnim razmerjem NE SPREMENI! To poudarjam zato, ker velikokrat slišim, kako se poveča moč, ko npr. avto pri prehitevanju prestavimo v nižjo prestavo... Moč ostaja enaka! Se pa seveda takrat poveča navor na kolesih... Enako velja tudi pri plovilih. Propeler bo vedno dobil le toliko moči, kot je zmore motor, seveda zmanjšano za izkoristek. Pri tem pa prestavno razmerje menjalnika ne igra nobene vloge!
V vsakem menjalniku se srečamo tudi s pojmom izkoristek. To je razmerje med močjo, ki jo dobimo na izstopni gredi in močjo, ki jo dovajamo na vstopno gred. Izkoristek menjalnika je vedno manjši od 1!!! Tudi izkoristek je enako kot prestavno razmerje brezdimenzijska vrednost. Včasih izkoristek še pomnožimo s faktorjem 100 in ga tako izrazimo v procentih... Izkoristek se označuje z grško črko "epsilon" ali "ni".
ni = P2 / P1
ni = izkoristek
P1 = moč na vstopu v reduktor (v kW)
P2 = moč na izstopu iz reduktorja (v kW)
Izkoristek celotnega sklopa je odvisen od števila in tipa ležajev ter števila in tipa zobniških parov. No če bi gledali zelo natančno, je izkoristek odvisen tudi od vrste olja, temperature in še marsičesa, vendar to njegovo vrednost spreminja le malenkostno in se običajno kar zanemari.
Na hitro lahko rečemo, da ima vsak ležaj cca. 0.5 do 1 % izgub in vsak zobniški par 3 do 5 %.
Velikokrat slišim, da ima Z pogon slab izkoristek, ker se v njem smer pogona 2 x lomi... Kako je to zmotno!!! Z pogon nima nič slabega izkoristka, no mogoče je res, da imamo vedno na poti 2 zobniška para, pri vgradnem menjalniku, pa je lahko za prestavo naprej samo en zobniški par, pri vzratni vožnji pa sta vedno vsaj 2, kar pomeni da smo na istem! Pri tem govorim samo o mehanskem izkoristku do propelerja in ne prenosu moči v vodo!!! O tem drugič, lahko pa namignem, da je tukaj Z pogon favorit!
In še primer:
Imamo nek motor, za katerega vemo, da pri 3900 vrt/min zmore moč 275 KM, pri 2600 vrt/min, pa nam daje največji navor 590 Nm. Prestavno razmerje menjalnika je i = 1.62, vemo, da sta v menjalniku 2 zobniška para in 6 ležajev. Predpostavimo, da plujemo pri 2600 vrt/min, zanima nas, kakšen je izkoristek menjalnika, kakšen navor prenaša gred propelerja in kakšne so izgube, če motor pri teh vrtljajih obremenimo do 70%.
Najprej izkoristek menjalnika:
Izkoristki posameznega sklopa se med sabo množijo, s čimer dobimo skupni izkoristek. Predpostavimo izkoristek zobniške dvojice 96%, izkoristek ležajev pa 99.1%.
Izkoristek šestih ležajev skupaj je:
ni1 = 0.991 x 0.991 x 0.991 x 0.991 x 0.991 x 0.991 = 0.991^6 = 0.9472
Izkoristek dveh zobniških parov je:
ni2 = 0.96 x 0.96 = 0.96^2 = 0.9216
Skupni izkoristek menjalnika je:
ni = ni1 x ni2 = 0.9472 x 0.9216 = 0.8729 ***** 87.29%
Izkoristek je fiksna vrednost menjalnika in je neodvisen od vrtljajev motorja, prestavnega razmerja, načina plovbe, moči motorja...
Vidimo, da nam skoraj 13% moči "ostane" v menjalniku in nikoli ne doseže propelerja. Ta moč oziroma energija se spremeni predvsem v toploto, delno pa tudi v vibracije in hrup!
Motor zmore pri danih vrtljajih največji navor 590 Nm, s tem pa lahko izračunamo tudi največjo možno obremenitev gredi propelerja:
i = T2 / T1
če enačbo malo obrnemo, velja...
T2 = T1 * i = 590 * 1.62 = 955.8 Nm
Iz tega podatka lahko dimenzioniramo gred propelerja, ki mora prenesti najmanj 955.8 Nm vrtilnega momenta ali navora! Pri tem smo zanemarili izkoristek, vendar se to normalno tudi zanemarja, vsaj pri menjalnikih, ki vsebujejo do 3 zobniške dvojice! To pomeni vedno pri plovilih!
Iz prestavnega razmerja lahko izračunamo tudi vrtljaje propelerja, ko ima motor 2.600 vrt/min:
spet malo obrnemo že zgoraj omenjeno enačbo...
n2 = n1 / i = 2600 / 1.62 = 1.605 vrt/min
Vidimo, da se gred propelerja vrti počasneje, kot motor, kar je normalno, saj je prestavno razmerje večje od ena in govorimo o reduktorju.
Že zadnjič smo izračunali, da je moč pri 2.600 vrt/min in navoru 590 Nm:
P = M * n / 9550 = 590 * 2600 / 9550 = 161 kW
Motor nam daje pri teh vrtljajih 161 kW, rekli pa smo, da je obremenjen na 70%, kar pomeni,
P = 161 * 0.7 = 112.7 kW
da od njega "vlečemo" 112.7 kW!
Po prej izračunanem izkoristku menjalnika lahko izračunamo koliko te moči pride do propelerja.
P2 = P1 * ni = 112.7 * 0.8729 = 98.4 kW
Moč, ki jo "pogoltne" menjalnik lahko izračunamo na dva načina, pri katerih moramo dobiti povsem enak rezultat:
P(iz) = P1 - P2 = 112.7 - 98.4 = 14.3 kW
ali
P(iz) = P1 * (1 - ni) = 112.7 * (1 - 0.8729) = 14.3 kW
Vidimo, da "izgubimo" kar 14 kW moči!!! Reki smo, da gre večino te energije v toploto, kar pomeni, da se menjalnik krepko greje. To je toliko, kot zmore povprečna peč za centralno kurjavo pri srednjem delovanju, s tem pa vam pozimi greje celo hišo!!! Sedaj vam je verjetno jasno, zakaj tudi menjalniki potrebujejo hlajenje!!!
Tako, to bi bilo na kratko o menjalniku. Mogoče še opomba, zakaj sem to izgubljeno energijo v menjalniku vedno dal v narekovaje... To ni povsem pravi izraz, saj energija nikoli ne izgine, le pretvori se iz ene v drugo obliko. Pri nas je to iz mehanskega dela v toploto. No zaradi lažje razumljivosti sem večkrat napisal "izgubljena", saj je to za nas dejansko izgubljena, toplota, ki nastane pa je škodljiva in jo moramo nujno odvajati v okolico (morje).
Menjalnik, vrtljaji, izkoristek, navor, moč...
Moderatorji: moderator2, moderator
... "Moč se s prestavnim razmerjem NE SPREMENI! To poudarjam zato, ker velikokrat slišim, kako se poveča moč, ko npr. avto pri prehitevanju prestavimo v nižjo prestavo..."
admin, mogoce bom vprasal nekaj neumnega, ampak meni to neki ne stima
v prejsnjem postu o moci in navoru, si napisal da motor ima pri razlicnih vrtljajih razlicno moc(ponavadi pri visjih) in z vecanjem vrtljajev se zmnjsuje navor na kolesih. torej, ko mi prestavimo v nizjo prestavo se st.vrtljajev poveca in posledicno se poveca tudi moc motorja, je bolj "poskocen" in se prej zacnejo hitreje vrteti kolesa...
sem kaj pozabil ali mi je kaj uslo ker ta stvar mi ni tako razumljiva
hvala za pojasnilo
admin, mogoce bom vprasal nekaj neumnega, ampak meni to neki ne stima
v prejsnjem postu o moci in navoru, si napisal da motor ima pri razlicnih vrtljajih razlicno moc(ponavadi pri visjih) in z vecanjem vrtljajev se zmnjsuje navor na kolesih. torej, ko mi prestavimo v nizjo prestavo se st.vrtljajev poveca in posledicno se poveca tudi moc motorja, je bolj "poskocen" in se prej zacnejo hitreje vrteti kolesa...
sem kaj pozabil ali mi je kaj uslo ker ta stvar mi ni tako razumljiva
hvala za pojasnilo
Navor im moč ne moremo enačiti. Kot je napisano, je moč motorja navadno največja pri najuvišjih obratih, navor pa je pri bencincih največji nekje pri 2/3 obratih, pri dizlih pa še nižje.
Dejansko je navor ali vrtilni moment pomembnejši, kot moč motorja.
Navor (oznaka M) je odvisen od izbire osišča in definiran kot vektorski produkt ročice r in sile. Navor pri kroženju je enak produktu vztrajnostnega momenta in kotnega pospeška.
Bom citiral primer:
Pri avtomobilih je med tehničnimi podatki o vozilu pogosto podan podatek o navoru. Za zgled vzemimo navor npr. 285 Nm pri 1950 vrtljajih na minuto. Kaj to praktično pomeni in zakaj so podani še vrtljaji?
Navor 285 Nm pomeni, da bi en meter dolga ročica, pritrjena prečno na motorno gred, ustvarjala silo 285 N, kar približno ustreza teži mase 30 kg. V resnici so ročice na ojnici motorja približno dvajsetkrat manjše, sila pa dvajsetkrat večja. Takole na prste lahko ocenimo, da eksplozija mešanice bencinskih ali dizelskih hlapov potisne bat v valju z enako silo, kot bi ga nanj obešena 600-kilogramska utež.
Za razliko od elektromotorjev, pri katerih je navor praktično neodvisen od frekvence, s katero se motor vrti - pri njih bi prej opisan »poskus« z merjenjem sile na osi motorja lahko tudi res izvedli - pri motorjih z notranjim izgorevanjem ni tako, ampak obstaja neko optimalno območje vrtljajev, pri katerih je navor največji. Pri nižjih vrtljajih so eksplozije v valjih preveč poredko, čas, v katerem se motor vrti le zaradi vztrajnosti, pa predolg, pri višjih pa postane problem dovolj hitro odvajanje izgorenih plinov in dovajanje sveže mešanice (pri še višjih bi seveda naleteli na meje mehanske trdnosti gibljivih kovinskih delov). Pri dizelskih motorjih - zgornji podatek je verjetno za enega teh - je optimalno območje pri nekoliko nižjih obratih kot pri bencinskih. Ker je produkt navora in kotne hitrosti moč motorja P = M ω, lahko iz podane krivulje navora izračunamo tudi krivuljo odvisnosti moči motorja od števila obratov
Vzeto iz prakse, večji kot ima avto navor, manj je treba treba prestavljat v nižjo prestavo , manj je problemov pri speljevanju in klancih... (sposojeno pri otrocih
)
Praktično povedano, vozilo z večjim navorom bo, recimo pri vleki v nasprotno smer, premagalo drugo vozilo z večjo močjo motorja.
Podobno bo veljalo tudi za plovila. Tam ni večstopenjskih menjalnikov, zato je pri ladijskih motorjih pomembno, da imajo čim večji, oz. maksimalni navor razporejen čez čim večje območje vrtljajev. To pa dosežemo z "težjimi" motorji in predvsem dizli. Zato v avtomobilih najdemo motorje podobne moči že recimo pri dveh litrih, v plovilih pa zdvakrat večjo prostornino.
Dejansko je navor ali vrtilni moment pomembnejši, kot moč motorja.
Navor (oznaka M) je odvisen od izbire osišča in definiran kot vektorski produkt ročice r in sile. Navor pri kroženju je enak produktu vztrajnostnega momenta in kotnega pospeška.
Bom citiral primer:
Pri avtomobilih je med tehničnimi podatki o vozilu pogosto podan podatek o navoru. Za zgled vzemimo navor npr. 285 Nm pri 1950 vrtljajih na minuto. Kaj to praktično pomeni in zakaj so podani še vrtljaji?
Navor 285 Nm pomeni, da bi en meter dolga ročica, pritrjena prečno na motorno gred, ustvarjala silo 285 N, kar približno ustreza teži mase 30 kg. V resnici so ročice na ojnici motorja približno dvajsetkrat manjše, sila pa dvajsetkrat večja. Takole na prste lahko ocenimo, da eksplozija mešanice bencinskih ali dizelskih hlapov potisne bat v valju z enako silo, kot bi ga nanj obešena 600-kilogramska utež.
Za razliko od elektromotorjev, pri katerih je navor praktično neodvisen od frekvence, s katero se motor vrti - pri njih bi prej opisan »poskus« z merjenjem sile na osi motorja lahko tudi res izvedli - pri motorjih z notranjim izgorevanjem ni tako, ampak obstaja neko optimalno območje vrtljajev, pri katerih je navor največji. Pri nižjih vrtljajih so eksplozije v valjih preveč poredko, čas, v katerem se motor vrti le zaradi vztrajnosti, pa predolg, pri višjih pa postane problem dovolj hitro odvajanje izgorenih plinov in dovajanje sveže mešanice (pri še višjih bi seveda naleteli na meje mehanske trdnosti gibljivih kovinskih delov). Pri dizelskih motorjih - zgornji podatek je verjetno za enega teh - je optimalno območje pri nekoliko nižjih obratih kot pri bencinskih. Ker je produkt navora in kotne hitrosti moč motorja P = M ω, lahko iz podane krivulje navora izračunamo tudi krivuljo odvisnosti moči motorja od števila obratov
Vzeto iz prakse, večji kot ima avto navor, manj je treba treba prestavljat v nižjo prestavo , manj je problemov pri speljevanju in klancih... (sposojeno pri otrocih
)
Praktično povedano, vozilo z večjim navorom bo, recimo pri vleki v nasprotno smer, premagalo drugo vozilo z večjo močjo motorja.
Podobno bo veljalo tudi za plovila. Tam ni večstopenjskih menjalnikov, zato je pri ladijskih motorjih pomembno, da imajo čim večji, oz. maksimalni navor razporejen čez čim večje območje vrtljajev. To pa dosežemo z "težjimi" motorji in predvsem dizli. Zato v avtomobilih najdemo motorje podobne moči že recimo pri dveh litrih, v plovilih pa zdvakrat večjo prostornino.
Bimbus, nisi me prav razumel, kaj sem hotel s tem povedati. Po svoje imaš celo prav, vendar pri takem preračunu ne smeš gledati na motor ampak samo na menjalnik. Pri avtomobilu je res na voljo tudi več moči pri višjih vrtljajih, vendar potem se spet podre celoten preračun... Torej mišljeno je bilo, da prestavno razmerje nima nobenega vpliva na moč. Če ima motor npr. 100 kW, je vseeno kakšen je menjalnik, na kolesa boš vedno in v vsaki prestavi dobilnatančno 100 kW, če seveda zanemarimo izkoristek, v resnici pa precej manj, saj v sklopki, menjalniku, diferencialu, "polosovinah", homokinetičnih zglobih in še čem pri avtomobilu ostane ogromno energije...
Če avto prestavimo v nižjo prestavo, je res na voljo tudi nekaj več moči, vendar pri kakšnem diesel motorju je to minimalno... Pospešek pa je vseeno občutno boljši, to pa je na račun navora ali vrtilnega momenta. Kot sva napisala že jaz in Zlatko, je navor produkt sile in ročice na kateri deluje. Pri avtomobilu se na koncu ta navor spet pretvarja v silo. Navor pride na kolesa, pri tem pa je ročica enaka radiju kolesa (gume). Sila se s pomočjo sile trenja prenese na podlago in je enaka sili pospeševanja. Pospešek pa bi lahko izračunal po formuli
F = m * a
a = F / m
a = pospešek v m/s2
m = masa vozila v kg
F = sila v N
Če se navežem nazaj na plovila, pride do propelerja iz 200 kW motorja cca. 170 kw in to nima popolnoma nič veze kakšen menjalnik je vgrajen. Ali ima prestavo i=1.2 ali pa i=3. Vedno imamo na propelerju tistih 170 kW. Je pa res, da z večjim prestavnim razmerjem dobimo za toliko večji navor. To pa pomeni, da lahko vgradimo propeler z večjim premerom... Zaradi manjših vrtljajev pa tudi z večjim korakom... V glavnem začarani krog izbire pravega propelerja se začne prav tukaj...
LP
Če avto prestavimo v nižjo prestavo, je res na voljo tudi nekaj več moči, vendar pri kakšnem diesel motorju je to minimalno... Pospešek pa je vseeno občutno boljši, to pa je na račun navora ali vrtilnega momenta. Kot sva napisala že jaz in Zlatko, je navor produkt sile in ročice na kateri deluje. Pri avtomobilu se na koncu ta navor spet pretvarja v silo. Navor pride na kolesa, pri tem pa je ročica enaka radiju kolesa (gume). Sila se s pomočjo sile trenja prenese na podlago in je enaka sili pospeševanja. Pospešek pa bi lahko izračunal po formuli
F = m * a
a = F / m
a = pospešek v m/s2
m = masa vozila v kg
F = sila v N
Če se navežem nazaj na plovila, pride do propelerja iz 200 kW motorja cca. 170 kw in to nima popolnoma nič veze kakšen menjalnik je vgrajen. Ali ima prestavo i=1.2 ali pa i=3. Vedno imamo na propelerju tistih 170 kW. Je pa res, da z večjim prestavnim razmerjem dobimo za toliko večji navor. To pa pomeni, da lahko vgradimo propeler z večjim premerom... Zaradi manjših vrtljajev pa tudi z večjim korakom... V glavnem začarani krog izbire pravega propelerja se začne prav tukaj...
LP
Izračunat potisno silo je praktično nemogoče. No tisti, ki raziskujejo propelerje to znajo, je pa zadaj toliko vplivnih dejavnikov, da zadeve ne moreš kaj prida poenostaviti.
Pri vsem skupaj je glavni parameter moč, iz nje pa izhaja potisna sila. Podatki kot so prestavno razmerje, premer in korak propelerja imajo manjši vpliv na vse skupaj... Treba je vedeti izkoristek propelerja, pa kakšna je površina lopatic propelerja, pa kakšne oblike so te lopatice, pa s kakšno hitrostjo doteka voda na propeler in s kakšno odteka (se vse vrti blizu trenutne hitrosti plovila....
Enostavno pozabi, ker ne bo šlo.
Za manjši motorček lahko enostavno izmeriš vlečno silo, ki jo čoln zmore pri mirovanju. Na pomol se privežeš z vrvjo, vmes pa vstaviš vzmetno tehtnico, ki jo kupiš v prvi kmetijski trgovini. Potem pa lepo gas do konca in boš videl kaj odčita.
Odčital boš kilograme, silo v N (Newton) pa boš dobil, če maso v kg pomnožiš z 9,81 (gravitacijski pospešek) ali pa kar na okroglo z 10.
LP
Pri vsem skupaj je glavni parameter moč, iz nje pa izhaja potisna sila. Podatki kot so prestavno razmerje, premer in korak propelerja imajo manjši vpliv na vse skupaj... Treba je vedeti izkoristek propelerja, pa kakšna je površina lopatic propelerja, pa kakšne oblike so te lopatice, pa s kakšno hitrostjo doteka voda na propeler in s kakšno odteka (se vse vrti blizu trenutne hitrosti plovila....
Enostavno pozabi, ker ne bo šlo.
Za manjši motorček lahko enostavno izmeriš vlečno silo, ki jo čoln zmore pri mirovanju. Na pomol se privežeš z vrvjo, vmes pa vstaviš vzmetno tehtnico, ki jo kupiš v prvi kmetijski trgovini. Potem pa lepo gas do konca in boš videl kaj odčita.
Odčital boš kilograme, silo v N (Newton) pa boš dobil, če maso v kg pomnožiš z 9,81 (gravitacijski pospešek) ali pa kar na okroglo z 10.
LP
Absolutno DA. Če upoštevaš tretji Newton-onv zakon, ki pravi, da je akcijska sila enaka reakcijski sili, potem je to to. Paziti moraš, ker bo pri gibanju zaradi boljšega izkoristka propelerja, ki je posledica dotoka vode na lopatice, ta sila še narasla. Če gre za počasnejše deplasmansko plovilo, potem je ta razlika zelo majhna, pri kakšnem gliserju pa je ob mirovanju izkoristek propelerja zelo slab...
Vzemi nekaj rezerve in ne boš zgrešil.
LP
Vzemi nekaj rezerve in ne boš zgrešil.
LP
A to pomeni, če isti motor posadiš na drug čoln (teža in oblika dna), da bi bil rezultat kljub mirovanju različen, čeprav bi bil pretok mimo lopatic pri obeh enako čist ? Pri gibanju čolna je normalno razlika zaradi teže in oblike dna v hitrosti čolna pri isti potisni sili, tu je pa hitrost enaka (nula).
Do kolikšne moči motorja pa je tak test uporaben oziroma izvedljiv?
Do kolikšne moči motorja pa je tak test uporaben oziroma izvedljiv?
Kdo je na strani
Po forumu brska: 0 registriranih uporabnikov in 2 gosta