Mi az a propeller energiatakarékos eszköz?

A propeller energiatakarékos eszköz (ESD) egy a hajócsavar közelében telepített kiegészítő hidrodinamikai toldalék — előtte, mögötte vagy közvetlenül rajta — javítja a meghajtás hatékonyságát azáltal, hogy optimalizálja a vízáramlás eloszlását, csökkenti a forgási energiaveszteséget a légcsavar nyomában, vagy visszanyeri az energiát, amely egyébként turbulenciaként disszipálna. Ezek az eszközök nem helyettesítik a légcsavart; azzal együtt dolgoznak, hogy több tolóerőt vonjanak ki ugyanazon tengelyteljesítményből, ezáltal csökkentve az üzemanyag-fogyasztást és a kipufogógáz-kibocsátást anélkül, hogy a főmotoron vagy a légcsavaron változna.

A nagy kereskedelmi hajókon, például tartályhajókon, ömlesztettáru-szállító hajókon és konténerszállító hajókon jól illeszkedő energiatakarékos eszközök érhetők el 3-10% üzemanyag-megtakarítás , ami dollármilliókat jelent egy hajó élettartama alatt. Tekintettel a Nemzetközi Tengerészeti Szervezet (IMO) energiahatékonysági meglévő hajóindexére (EEXI) és szén-dioxid-intenzitási mutatójára (CII) támasztott szabályozási nyomásra, az ESD-k a hajótulajdonosok számára elérhető egyik legköltséghatékonyabb megfelelési eszközzé váltak.

Miért léteznek propeller-ébrenléti veszteségek – és hogyan kezelik őket az ESD-k

A hagyományos légcsavar axiális (előre toló) és forgási (örvénylő) sebességet is kölcsönöz az általa kiszorított víznek. A forgó komponens – a légcsavar mögötti „slipstream forgás” – azt az energiát képviseli, amelyet a motor felhasznált, de nem járult hozzá a tolóerőhöz. Egyszerűen elveszik örvénylő turbulenciaként a propeller nyomában. Ezenkívül a hajócsavar tárcsába belépő hajó nyomának nem egyenletes sebességeloszlása ​​nyomásingadozásokat idéz elő, amelyek csökkentik a hatékonyságot és hozzájárulnak a kavitációhoz.

Az energiatakarékos eszközök három mechanizmuson keresztül kezelik ezeket a veszteségeket:

• Áramlási előkondicionálás: A légcsavar elé telepített örvényelő berendezések a bejövő vizet a légcsavar forgásával ellentétes irányba forgatják – hatékonyan növelve az egyes lapátok relatív támadási szögét, és javítva a fordulatonkénti tolóerőt.
• Ébredési energia visszanyerése: Az örvénylés utáni eszközök (kormányburák, légcsavarsapkák bordái) visszanyerik a forgási energiát a légcsavar csúszóáramában azáltal, hogy az örvénylő hullámot további előre tolóerővé alakítják át rögzített bordákon vagy vezetőfelületeken keresztül.
• Wake kiegyenlítés: Az állórész bordái vagy a kiegyenlítő csatornák újraelosztják a légcsavar tárcsájába belépő nem egyenletes sebességmezőt, csökkentve az ingadozó lapátterhelést és a kavitációt, amelyek rontják a hatékonyságot és a lapát élettartamát.

A propeller energiatakarékos eszközök fő típusai

Előörvény állórész (PSS)

Az örvény előtt álló állórész rögzített bordák halmaza, amelyek a hajócsavar előtt a farra vagy a propeller tengelyére vannak szerelve. A bordák szögben vannak elhelyezve, hogy ellentétes irányú örvényt kölcsönözzenek a légcsavartárcsába belépő víznek, növelve a víz beesési szögét a propeller lapátjaira és javítva a tolóerőt. Tipikus üzemanyag-megtakarítás 3-6% egycsigás hajókon. A PSS az egyik legszélesebb körben telepített ESD típus szerkezeti egyszerűségének és megbízható teljesítményének köszönhetően számos működési vázlaton és sebességen.

Wake Equalizing Duct (WED)

A kiegyenlítő csatorna egy részleges vagy teljes gyűrű alakú csatorna, amely a hajócsavar elé van szerelve a hajó nyomának nem egyenletes tartományában. A csatorna felgyorsítja a lassan mozgó vizet a felső ébrenléti régióból, és lelassítja a gyorsabban mozgó alsó vizet – kiegyenlíti a sebességeloszlást a propeller tárcsán. Ez csökkenti a kavitációt, a vibrációt és a zajt, miközben javítja a meghajtási hatékonyságot 3-5% . A WED-k különösen hatékonyak a teljes formájú hajókon (tartályhajók, ömlesztettáru-szállító hajók), amelyek lassú tervezési sebességgel és erősen nem egyenletes hajtásokkal rendelkeznek.

Légcsavar sapka bordái (Trust Fin Hub Cap)

A légcsavarsapka bordái a hagyományos légcsavarfej-sapkát egy olyan egységre cserélik, amely rögzített bordákat hordoz, amelyek átirányítják az agyörvényt – egy koncentrált forgó áramlást, amely a propellerfej mögött képződik, és tiszta energiaveszteséget jelent. Ennek az örvénynek a feltörésével és a forgási energiájának további tolóerőként való visszanyerésével a sapkabordás eszközök üzemanyag-megtakarítást érnek el. 1-4% minimális szerkezeti módosítással. Ezek az egyik legkönnyebben utólag beépíthető ESD típusok, mivel csak a meglévő propeller sapkát kell cserélni.

Kormányizzó és uszonyok

A kormánylapát izzója – egy áramvonalas ellipszoid, amely a kormánylapát elülső élére, a propeller középvonalának magasságában van elhelyezve – simítja a légcsavar örvényéből a kormány felületén áthaladó áramlást, csökkentve a légellenállást. A csavart kormánybordákkal kombinálva a készülék a forgási ébrenléti energiát is visszanyeri. Ezzel a kombinált rendszerrel üzemanyag-megtakarítás érhető el 4-6% és további előnye, hogy javul a kormányemelő erő, ami csökkentheti a kormányfelület követelményeit vagy javíthatja a manőverezhetőséget.

Propeller Boss sapka bordák előörvény kombinációval

Sok modern ESD-telepítés több eszközt is kombinál – például egy előre örvénylő állórészt a propeller előtt, és mögötte egy sapkabordát –, hogy egyszerre kezelje a bejövő áramlás minőségét és a ébrenléti energia visszanyerését. A kombinált telepítéssel teljes üzemanyag-megtakarítás érhető el 5-10% , a számítási folyadékdinamikai (CFD) elemzéssel kiválasztott kombinációval minden egyes hajótest és légcsavar konfigurációhoz.

ESD típusok, pozíciók és tipikus üzemanyag-megtakarítás

Mely hajók profitálnak a legtöbbet az energiatakarékos eszközökből

Az energiatakarékosság előnye egy ESD nem egységes minden hajótípusnál – függ a hajótest formájától, a tervezési sebességtől, a légcsavar terhelésétől és a hajtás jellemzőitől. A legnagyobb nyereséget általában a következő területeken érik el:

• Nagy tartályhajók és ömlesztettáru-szállító hajók (VLCC, Capesize): Teljes formájú hajótestük erősen egyenetlen, lassan mozgó hullámokat produkál nagy forgási energiaveszteséggel – az ESD-k a leghatékonyabban kezelik ezeket a feltételeket.
• Konténerhajók és nagy teherszállító hajók: A magas tengelyteljesítmény azt jelenti, hogy még a 3–5%-os hatékonyságnövekedés is nagyon nagy abszolút üzemanyag-megtakarítást jelent – a kereskedelmi ösztönző erős.
• Stabil tervezési sebességgel közlekedő hajók hosszú utakra: Az ESD-ket meghatározott sebességre és merülésre optimalizálták – a tervezési pontjuk közelében folyamatosan üzemelő hajók teljes névleges előnyt élveznek, ellentétben a rendkívül változó sebességprofilú hajókkal.