जहाज़ की प्रणोदन प्रणालियाँ

जहाज़ कैसे चलता है

जहाज़ किसी चीज़ को पीछे धकेलकर आगे बढ़ता है। प्रोपेलर पानी को पीछे धकेलता है और पानी जहाज़ को आगे। यह न्यूटन का तीसरा नियम है: क्रिया और प्रतिक्रिया। इस धक्के के बल को प्रणोद (thrust) कहते हैं। शक्ति का रास्ता है: ईंधन इंजन में जलता है, इंजन शाफ़्ट घुमाता है, शाफ़्ट प्रोपेलर घुमाता है, प्रोपेलर प्रणोद बनाता है।

शाफ़्टिंग (शाफ़्ट लाइन)

शाफ़्टिंग इंजन को प्रोपेलर से जोड़ती है। इसमें स्टील के लंबे पाइप सिरे से सिरे जुड़े होते हैं: मध्यवर्ती शाफ़्ट और प्रोपेलर शाफ़्ट (टेल शाफ़्ट)। इसमें ये भी होते हैं:

• थ्रस्ट बेयरिंग, जो शाफ़्ट का धक्का जहाज़ की देह (hull) तक पहुँचाता है, ताकि जहाज़ चले और इंजन अपनी जगह से न खिसके;
• सहारा देने वाले बेयरिंग जो लंबे शाफ़्ट को सीधा रखते हैं;
• जहाँ शाफ़्ट पतवार से बाहर निकलता है, वहाँ सील वाली स्टर्न ट्यूब, ताकि समुद्र का पानी अंदर न आए।

धीमी गति वाले डीज़ल में शाफ़्ट और प्रोपेलर की rpm बराबर होती है। तेज़ इंजन हो तो पहले गियरबॉक्स गति घटाता है, क्योंकि बड़े प्रोपेलर धीमे घूमकर बेहतर काम करते हैं।

प्रोपेलर

प्रोपेलर के हब पर 3 से 6 मुड़े हुए पंखे होते हैं। हर पंखा पानी में पेंच की तरह कटता है।

• व्यास: बड़ा और धीमा आम तौर पर ज़्यादा कुशल होता है।
• पिच (P): अगर प्रोपेलर ठोस चीज़ में पेंच होता, तो एक चक्कर में कितना आगे बढ़ता।
• सैद्धांतिक गति = P × rpm। पानी नरम है, इसलिए असली गति कम होती है। अंतर स्लिप है: स्लिप = (P × n − Vs) / (P × n)। स्लिप आम तौर पर 5 से 25% होती है।
• स्थिर पिच प्रोपेलर (FPP): पंखे स्थिर। पीछे जाने के लिए इंजन उलटा चलाना पड़ता है। नियंत्रणीय पिच प्रोपेलर (CPP): पंखे हब पर घूमते हैं, इसलिए पिच बदलती है और शाफ़्ट एक ही दिशा में घूमते हुए जहाज़ पीछे जा सकता है।
• कैविटेशन: तेज़ गति पर पंखे के पास दबाव कम होने से बुलबुले बनते हैं जो फूटकर धातु को घिस देते हैं और शोर करते हैं।

स्टीयरिंग गियर

पतवार (rudder) प्रोपेलर के पीछे लगी एक पट्टी है। स्टीयरिंग गियर उसे घुमाता है। पतवार मुड़ती है तो पानी तिरछा टकराकर पिछले हिस्से को उलटी ओर धकेलता है, और जहाज़ का अगला हिस्सा मुड़ जाता है। पतवार तभी काम करती है जब उसके पास से पानी बहे, इसलिए खड़ा जहाज़ मुड़ नहीं सकता। पतवार का बल लगभग गति के वर्ग के साथ बढ़ता है।

आधुनिक स्टीयरिंग गियर हाइड्रॉलिक होता है: तेल के पंप रैम को धकेलते हैं जो पतवार के स्तंभ को घुमाते हैं। इसे ब्रिज से स्टीयरिंग व्हील या ऑटोपायलट से चलाते हैं। ज़्यादातर पतवारें दोनों ओर 35 डिग्री तक घूमती हैं। सुरक्षा नियम दो अलग शक्ति इकाइयाँ और आपातकालीन तरीका माँगते हैं, और पूरी गति पर पतवार को एक ओर 35 डिग्री से दूसरी ओर 30 डिग्री तक 28 सेकंड में पहुँचना चाहिए।

अलग-अलग प्रणोदन प्रणालियाँ

• सिंगल स्क्रू: एक शाफ़्ट, एक प्रोपेलर। सरल और कुशल। ज़्यादातर बड़े मालवाहक जहाज़।
• ट्विन स्क्रू: दो शाफ़्ट। ज़्यादा शक्ति, सुरक्षा का सहारा और बेहतर मुड़ना। फ़ेरी और क्रूज़ जहाज़।
• नियंत्रणीय पिच प्रोपेलर: पंखे घुमाकर प्रणोद और दिशा बदलना।
• अज़ीमुथ थ्रस्टर / पॉड: पूरी प्रोपेलर इकाई घूमती है, इसलिए पतवार नहीं चाहिए और जहाज़ किसी भी दिशा में धक्का दे सकता है। टग और क्रूज़ जहाज़ों में।
• वॉटर जेट: पंप पीछे पानी की धार फेंकता है और नोज़ल उसे मोड़ता है। तेज़ फ़ेरी और उथले पानी के लिए।
• बो थ्रस्टर: आगे लगा छोटा बगली प्रोपेलर, बंदरगाह पर लगाने के लिए।
• डीज़ल-इलेक्ट्रिक: इंजन बिजली बनाते हैं और बिजली की मोटरें प्रोपेलर घुमाती हैं। लगाना आसान, शांत।
• पाल: रोटर पाल और विंग पाल अब कुछ धक्का देकर ईंधन बचाते हैं।

गति और किफ़ायत

जहाज़ की गति नॉट में मापते हैं (नॉटिकल मील प्रति घंटा; 1 नॉट = 1.852 किमी/घंटा)। गति के साथ पानी का प्रतिरोध तेज़ी से बढ़ता है, इसलिए ज़रूरी शक्ति लगभग गति के घन के अनुपात में होती है: P ∝ v³। प्रति घंटा ईंधन शक्ति के साथ चलता है। प्रति मील ईंधन v² के साथ चलता है, क्योंकि तेज़ गति पर घंटे में ज़्यादा मील तय होते हैं।

इसीलिए कंपनियाँ स्लो स्टीमिंग करती हैं: 20% धीमे चलने पर लगभग आधी शक्ति लगती है। सफ़र 25% लंबा हो जाता है, पर पूरे सफ़र का ईंधन करीब एक-तिहाई घटता है और प्रदूषण भी कम होता है। साफ़ जहाज़ की देह (hull), सही ट्रिम और अच्छा प्रोपेलर भी ईंधन बचाते हैं।

करके देखिए: घन महसूस कीजिए

3D में इंजन की गति 25% रखिए, फिर 50%। डिब्बे में गति और शक्ति का प्रतिशत पढ़िए। पहले अंदाज़ा लगाइए: 100% पर शक्ति कितनी होगी? फिर जाँचिए। घर पर साइकिल पहले धीमी चलाइए, फिर दोगुनी तेज़। देखिए, दूसरी कितनी कठिन है। हवा के लिए यही गति-घन का नियम है।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

• सैद्धांतिक गति = पिच × rpm
• स्लिप % = (P × n − Vs) / (P × n) × 100
• शक्ति ∝ गति³ (P2/P1 = (v2/v1)³)
• प्रति मील ईंधन ∝ गति²
• 1 नॉट = 1 नॉटिकल मील प्रति घंटा = 1.852 किमी/घंटा
• पिच-गति (नॉट) = P(मी) × rpm × 60 / 1852

हल किए गए उदाहरण

आम गलतियाँ

• सोचना कि प्रोपेलर पेंच की तरह जहाज़ को खींचता है। वह पानी को पीछे धकेलता है और पानी जहाज़ को आगे।
• सोचना कि शक्ति गति के अनुपात में है। यह गति के घन के ज़्यादा पास है।
• मानना कि पतवार खड़े जहाज़ पर भी काम करती है। उसे बहता पानी चाहिए।
• पिच और व्यास गड्डमड्ड करना। पिच एक चक्कर में आगे बढ़ने की दूरी है; व्यास पंखों से बने गोले की चौड़ाई है।