Leistungsbeschreibungen

Der Betrieb von großen Schiffen nah am Ufer oder über dem Grund stellt ein Belastungsproblem dar, das über kurz oder lang zu Schädigungen der baulichen Einrichtungen und/oder der Schiffe selbst führen muß.
Der Betrieb derer Antriebe hat aber nicht nur die Bewegung der Schiffe zur Folge. Durch den sich drehenden Propeller wird das Wasser in die zur Fahrt entgegengesetzte Richtung beschleunigt. Dieser Wasserstrahl weitet sich auf, so dass er in einer gewissen Entfernung das Ufer oder die Sohle trifft. Ist der Wasserstrahl dann noch stark genug, kann er das Sediment aufwirbeln, Kolke schaffen oder Befestigungen zerstören.
Bestimmendes Maß der Propulsionsbelastungen ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Wasser des Schraubenstrahls durch den umgebenen Wasserkörper bewegt und letztendlich am Grund oder am Ufer des Gewässers auftrifft. Um diese Auftreffgeschwindigkeit abschätzen zu können, ist es zunächst nötig, die Strahlgeschwindigkeit am Entstehungsort, also direkt am bzw. hinter dem Propeller zu berechnen.
Im einfachsten Fall geht man davon aus, dass das Schiff keine Fahrt durch das Wasser macht, also z. B. vertäut ist. Die Strahlgeschwindigkeit ist dann abhängig von der Propellerdrehzahl, dem Durchmesser des Propellers und dem Schubbeiwert, der wiederum die Propellergeometrie berücksichtigt. Weiterhin kann die Strahlgeschwindigkeit näherungsweise auch anhand der Motorleistung berechnet werden. Typische Daten für mittlere Binnenschiffe sind 5 - 10m/s bei Propellerdurchmessern von 0,5 - 0,8m, Drehzahlen von etwa 700/min und Motorleistungen von etwa 100 - 200PS

Strahlgenese

Direkt hinter der Propellerebene bildet sich zunächst ein so genannter Hohlstrahl aus, da sich in der Mitte des Propellers die Propellernabe befindet, die keinen Wasserstrahl induziert.
In einiger Entfernung zum Propeller hat sich ein stabiles Strahlgeschwindigkeitsprofil ausgebildet (Freistrahl). Ab hier wird die Strahlgeschwindigkeit mit größerem Abstand zum Propeller kleiner. Außerdem können bestimmte Dinge die Strahlgenese beeinflussen, wie das Auftreffen der Propellerstrahl auf den Seegrund und an der Wasseroberfläche oder auch die Überlagerung von zwei Strahlen, deren radiale Ausbreitung zunächst einzeln berechnet und dann näherungsweise einfach addiert werden.

Außerdem ist eine Nachbeschleunigung bei bestimmten Antrieben möglich.

Sohlstrahlen, Bremsstrahlen

Der Punkt am Seeboden, an welchem der Freistrahl (-rand) auftrifft, lässt sich mit der vertikalen Lage der Propellerwelle, der Neigung des Hohlstrahls und dem Ausbreitungswinkel des Strahls finden. Die Auftreffgeschwindigkeiten lassen sich ebenso finden. In 2m Entfernung des Propellers vom Grund sind so rund 15% der Freistrahlgeschwindigkeit möglich. Wird auf Grund baulicher Besonderheiten beim Bremsen (Rückwärtsschub) der Strahl viel direkter auf die Gewässersohle gerichtet, so stellt dies den viel größeren Belastungsfall dar. Die o.a. Geschwindigkeitsreduktion kann sich damit auf 50% erniedrigen.

Sohlgeschwindigkeit

Um die Belastung des Seegrundes darzustellen, wird eine Strahlgeschwindigkeit definiert, bei der die Bodenbestandteile (noch) nicht bewegt werden. In die Berechnung dieser Sohlgeschwindigkeit gehen der (signifikante) Materialdurchmesser, die Dichte des Sohlenmaterials und ein Stabilitätsbeiwert ein, der Kolkbildungs- und dem Böschungsbeiwert berücksichtigt.

Insbesondere bei Aufstoppmanövern von Schiffen treten nicht nur parallel zur Propellerachse orientierte Strömungen auf, sondern auch, durch Überlagerung hervorgerufene, so genannte Rezirkulationen. Diese induzieren Liftkräfte, die Partikel aus der Gewässersohle herausreißen können. Um diese Kräfte zu beschreiben, wird mit einem speziellen Stabilitätsbeiwert für das Stoppmanöver gerechnet.

Profil

Kooperationen

Leistungsbeschreibungen

Projekte

Patente

Publikationen

Kontakt

Impressum

E-Mail: mail@fluss-seebau-consult.de,    Festnetz: +49-331-8672997,    Handy: +49-177-2071069