Hvad er en propelenergibesparende enhed?

A propel energibesparende enhed (ESD) er en hjælpe hydrodynamisk vedhæng installeret nær et skibs propel — foran, bagved eller direkte på den — der forbedrer fremdriftseffektiviteten ved at optimere vandstrømsfordelingen, reducere rotationsenergitab i propellens kølvand eller genvinde energi, der ellers ville blive spredt som turbulens. Disse enheder erstatter ikke propellen; de arbejder i kombination med det for at udvinde mere tryk fra den samme akselkraft og derved reducere brændstofforbruget og udstødningsemissionen uden at ændre på selve hovedmotoren eller propellen.

På store kommercielle skibe som tankskibe, bulkskibe og containerskibe kan velafstemte energibesparende enheder opnås brændstofbesparelse på 3 til 10 % , hvilket svarer til millioner af dollars over et fartøjs levetid. I betragtning af det regulatoriske pres fra Den Internationale Søfartsorganisations (IMO) energieffektivitetsindeks for eksisterende skibe (EEXI) og krav til kulstofintensitetsindikator (CII), er ESD'er blevet et af de mest omkostningseffektive overholdelsesværktøjer, der er tilgængelige for redere.

Hvorfor der eksisterer propelvågningstab - og hvordan ESD'er adresserer dem

En konventionel propel giver både aksial (fremadskuende) og rotations- (hvirvel) hastighed til vandet, den fortrænger. Den roterende komponent - "slipstream-rotationen" bag propellen - repræsenterer energi, der er blevet forbrugt af motoren, men som ikke har bidraget til fremadgående tryk. Det er simpelthen tabt som hvirvlende turbulens i propellens kølvand. Derudover skaber den uensartede hastighedsfordeling af skibets kølvand, der kommer ind i propelskiven, tryksvingninger, der reducerer effektiviteten og bidrager til kavitation.

Energibesparende enheder håndterer disse tab gennem tre mekanismer:

• Flow prækonditionering: Pre-swirl-enheder installeret foran propellen roterer det indkommende vand i den modsatte retning af propellens rotation - hvilket effektivt øger den relative angrebsvinkel for hver vinge og forbedrer fremdriften pr. omdrejning.
• Genvinding af vågen energi: Post-swirl-enheder (rorpærer, propelhættefinner) genvinder rotationsenergien i propellens slipstrøm ved at omdanne det hvirvlende kølvand til yderligere fremadgående tryk gennem faste finner eller styreflader.
• Wake udligning: Statorfinner eller wake-udligningskanaler omfordeler det uensartede hastighedsfelt, der kommer ind i propelskiven, hvilket reducerer fluktuerende bladbelastninger og kavitation, der forringer både effektivitet og bladlevetid.

Hovedtyper af propelenergibesparende enheder

Pre-Swirl Stator (PSS)

En pre-swirl-stator er et sæt faste finner, der er monteret på sternboven eller propelakslen foran propellen. Finnerne er vinklet for at give en modsat roterende hvirvel til vandet, der kommer ind i propelskiven, hvilket øger den effektive vinkel for vandindfald på propelbladene og forbedrer trykeffekten. Typiske brændstofbesparelser er 3 til 6 % på enkeltskruede fartøjer. PSS er en af ​​de mest udbredte ESD-typer på grund af dens strukturelle enkelhed og pålidelige ydeevne på tværs af en række driftsudkast og hastigheder.

Wake Equalizing Duct (WED)

En kølvandsudligningskanal er en delvis eller hel ringformet kanal, der er monteret foran propellen i det uensartede område af skibets kølvand. Kanalen accelererer langsomt bevægende vand fra det øvre kølvandsområde og decelererer hurtigere bevægende lavere vand - udligner hastighedsfordelingen over propelskiven. Dette reducerer kavitation, vibrationer og støj, mens den forbedrer fremdriftseffektiviteten ved 3 til 5 % . WED'er er særligt effektive på fuldformede fartøjer (tankskibe, bulkskibe) med langsomme designhastigheder og stærkt uensartede kølvand.

Propelhættefinner (Thrust Fin Hub Cap)

Propelhættefinner erstatter den konventionelle propelbovkapsel med en enhed, der bærer faste finner, der omdirigerer navhvirvelen - en koncentreret roterende strøm, der dannes bag propelboven og repræsenterer rent energitab. Ved at bryde denne hvirvel op og genvinde dens rotationsenergi som ekstra tryk, opnår hættefinne-enheder brændstofbesparelser på 1 til 4 % med minimale strukturelle ændringer. De er en af ​​de lettest eftermonterbare ESD-typer, da de kun kræver udskiftning af den eksisterende propelhætte.

Rorpære og finner

En rorpære - en strømlinet ellipsoide monteret i forkanten af roret ved propellens midterlinjehøjde - udjævner flowet fra propellenavets hvirvel over roroverfladen, hvilket reducerer modstanden. Kombineret med snoede rorfinner genvinder enheden også rotationsvågen energi. Dette kombinerede system opnår brændstofbesparelser på 4 til 6 % og har den yderligere fordel at forbedre rorløftekraften, hvilket kan reducere krav til rorareal eller forbedre manøvredygtighed.

Propeller Boss Cap-finner med Pre-Swirl-kombination

Mange moderne ESD-installationer kombinerer flere enheder - for eksempel en pre-swirl-stator foran propellen parret med en hættefinne bagved - for samtidig at adressere både indgående flowkvalitet og vågenenergigenvinding. Kombinerede installationer kan opnå samlede brændstofbesparelser på 5 til 10 % , med den specifikke kombination valgt gennem computational fluid dynamics (CFD) analyse for hver enkelt skrog- og propelkonfiguration.

ESD-typer, positioner og typiske brændstofbesparelser

Hvilke fartøjer har størst gavn af energibesparende enheder

Den energibesparende fordel ved en ESD er ikke ensartet på tværs af alle fartøjstyper - det afhænger af skrogform, designhastighed, propelbelastning og kølvandsegenskaber. De højeste gevinster opnås typisk på:

• Store tankskibe og bulkskibe (VLCC, Capesize): Deres fuldformede skrog producerer stærkt uensartede, langsomt bevægende våger med højt rotationsenergitab - de forhold, som ESD'er er mest effektive til at håndtere.
• Containerskibe og store fragtskibe: Høje akseleffektniveauer betyder, at selv en effektivitetsforbedringer på 3-5 % repræsenterer meget store absolutte brændstofbesparelser - det kommercielle incitament er stærkt.
• Fartøjer, der opererer med en stabil designhastighed til lange rejser: ESD'er er optimeret til en specifik hastighed og dybgang - fartøjer, der opererer konsekvent nær deres designpunkt, opnår den fulde nominelle fordel, i modsætning til fartøjer med meget variable hastighedsprofiler.