Mikä on potkurin energiansäästölaite?

A potkurin energiansäästölaite (ESD) on an ylimääräinen hydrodynaaminen lisälaite asennettuna lähelle aluksen potkuria — edessä, takana tai suoraan sen päällä — mikä parantaa propulsiotehokkuutta optimoimalla veden virtauksen jakautumista, vähentämällä pyörimisenergian häviöitä potkurin vauhdissa tai ottamalla talteen energiaa, joka muuten hajoaisi turbulenssina. Nämä laitteet eivät korvaa potkuria; ne toimivat yhdessä sen kanssa saadakseen enemmän työntövoimaa samasta akselitehosta, mikä vähentää polttoaineen kulutusta ja pakokaasupäästöjä ilman, että itse päämoottori tai potkuri muuttuu.

Suurilla kaupallisilla aluksilla, kuten säiliöaluksilla, irtolastialuksilla ja konttialuksilla, voidaan saavuttaa hyvin sovitetut energiansäästölaitteet polttoaineen säästö 3-10 % , mikä tarkoittaa miljoonia dollareita aluksen käyttöiän aikana. Kansainvälisen merenkulkujärjestön (IMO) nykyisten alusten energiatehokkuusindeksin (EEXI) ja hiili-intensiteettiindikaattorin (CII) vaatimusten vuoksi ESD:stä on tullut yksi kustannustehokkaimmista laivanomistajien käytettävissä olevista vaatimusten noudattamisen työkaluista.

Miksi potkurin herätyshäviöitä on olemassa – ja kuinka ESD:t käsittelevät niitä

Perinteinen potkuri antaa sekä aksiaalisen (eteenpäin työntävän) että pyörimisnopeuden (pyörteilevä) veteen, jonka se syrjäyttää. Pyörimiskomponentti - potkurin takana oleva "liukuvirtauskierto" - edustaa energiaa, jonka moottori on kuluttanut, mutta joka ei ole vaikuttanut eteenpäin työntövoimaan. Se yksinkertaisesti katoaa pyörteisenä turbulenssina potkurin jälkeen. Lisäksi potkurin levyyn tulevan laivan vauhdin epätasainen jakautuminen aiheuttaa paineen vaihteluita, jotka vähentävät tehokkuutta ja edistävät kavitaatiota.

Energiansäästölaitteet korjaavat nämä häviöt kolmen mekanismin avulla:

• Virtauksen esikäsittely: Potkurin eteen asennetut esipyörrelaitteet kääntävät sisään tulevaa vettä potkurin pyörimissuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan – mikä lisää tehokkaasti kunkin lavan suhteellista iskukulmaa ja parantaa työntövoiman muodostusta kierrosta kohden.
• Herätysenergian talteenotto: Pyörteen jälkeiset laitteet (peräsinlamput, potkurin kannen evät) ottavat talteen potkurin liukuvirtauksen pyörimisenergian muuntamalla pyörteen lisätyöntövoimaksi kiinteiden ripojen tai ohjauspintojen kautta.
• Herätyksen tasaus: Staattorin siivekkeet tai jälkitasauskanavat jakavat uudelleen epätasaisen nopeuskentän, joka tulee potkurilevyyn, mikä vähentää vaihtelevia siipien kuormituksia ja kavitaatiota, jotka heikentävät sekä tehokkuutta että siipien käyttöikää.

Potkurien energiansäästölaitteiden päätyypit

Esipyörteinen staattori (PSS)

Esipyörteinen staattori on joukko kiinteitä ripoja, jotka on asennettu peräpäähän tai potkurin akseliin potkurin eteen. Rivat on taivutettu antamaan vastakkaiseen suuntaan pyörivän pyörteen potkurin levyyn tulevaan veteen, mikä lisää tehollista veden tulokulmaa potkurin lapoihin ja parantaa työntövoimaa. Tyypillisiä polttoainesäästöjä ovat 3-6 % yksiruuvialuksilla. PSS on yksi laajimmin asennetuista ESD-tyypeistä rakenteellisen yksinkertaisuutensa ja luotettavan suorituskyvynsä ansiosta erilaisissa käyttövedoissa ja nopeuksissa.

Wake Equalizing Duct (KE)

Järven tasauskanava on osittainen tai kokonaan rengasmainen kanava, joka on asennettu potkurin eteen aluksen peräveden epätasaiselle alueelle. Kanava kiihdyttää hitaasti liikkuvaa vettä ylemmältä herätysalueelta ja hidastaa nopeammin liikkuvaa alavettä – tasaamalla nopeusjakauman potkurilevyn poikki. Tämä vähentää kavitaatiota, tärinää ja melua ja parantaa propulsiotehokkuutta 3-5 % . WED:t ovat erityisen tehokkaita täysimuotoisissa aluksissa (tankkerit, irtolastialukset), joissa on hitaat suunnittelunopeudet ja vahvasti epätasaiset.

Potkurin kannen evät (Thrust Fin Hub Cap)

Potkurin kannen evät korvaavat perinteisen potkurin kannan yksiköllä, jossa on kiinteitä ripoja, jotka ohjaavat navan pyörteen uudelleen – keskittynyt pyörivä virtaus, joka muodostuu potkurin kannan taakse ja edustaa puhdasta energiahäviötä. Hajottamalla tämän pyörteen ja ottamalla talteen sen pyörimisenergia lisätyöntövoimana, korkkilamellit säästävät polttoainetta 1-4 % minimaalisilla rakenteellisilla muutoksilla. Ne ovat yksi helpoimmin jälkiasennettavista ESD-tyypeistä, koska ne vaativat vain olemassa olevan potkurin kannen vaihtamisen.

Peräsimen polttimo ja evät

Peräsimen polttimo – virtaviivainen ellipsoidi, joka on asennettu peräsimen etureunaan potkurin keskilinjan korkeudelle – tasoittaa virtausta potkurin navan pyörteestä peräsimen pinnan yli, mikä vähentää vastusta. Yhdessä kierrettyjen peräsimen evien kanssa laite palauttaa myös pyörivän herätysenergian. Tämä yhdistetty järjestelmä säästää polttoainetta 4-6 % ja sen lisäetu on parantaa peräsimen nostovoimaa, mikä voi vähentää peräsinalueen vaatimuksia tai parantaa ohjattavuutta.

Propeller Boss Cap -evät esipyörreyhdistelmällä

Monet nykyaikaiset ESD-asennukset yhdistävät useita laitteita – esimerkiksi esipyörteisen staattorin potkurin edessä ja sen takana olevan kannen evän – käsittelemään samanaikaisesti sekä tulevan virtauksen laatua että heräteenergian talteenottoa. Yhdistetyillä asennuksilla voidaan saavuttaa polttoaineen kokonaissäästöjä 5-10 % , jossa erityinen yhdistelmä valitaan laskennallisen nestedynamiikan (CFD) analyysin avulla kullekin yksittäiselle runko- ja potkurikokoonpanolle.

ESD-tyypit, -asennot ja tyypilliset polttoainesäästöt

Mitkä alukset hyötyvät eniten energiaa säästävistä laitteista

Energiansäästöetu an ESD ei ole yhtenäinen kaikissa alustyypeissä - se riippuu rungon muodosta, suunnittelunopeudesta, potkurin kuormituksesta ja peräominaisuuksista. Suurin hyöty saavutetaan tyypillisesti:

• Suuret säiliöalukset ja irtolastialukset (VLCC, Capesize): Niiden täysmuotoiset rungot tuottavat voimakkaasti epätasaisia, hitaasti liikkuvia jälkiä, joilla on suuri pyörimisenergiahäviö – olosuhteet ESD:t ovat tehokkaimmin hoidettavissa.
• Konttialukset ja suuret rahtialukset: Korkea akseliteho tarkoittaa, että jopa 3–5 % tehokkuuden parannus merkitsee erittäin suurta absoluuttista polttoainesäästöä – kaupallinen kannustin on vahva.
• Alukset, jotka toimivat vakaalla suunnittelunopeudella pitkillä matkoilla: ESD:t on optimoitu tiettyä nopeutta ja syväystä varten – alukset, jotka toimivat johdonmukaisesti lähellä suunnittelupistettään, ymmärtävät täyden hyödyn, toisin kuin alukset, joiden nopeusprofiilit vaihtelevat.