Hva er en propell energisparende enhet?

A propell energisparende enhet (ESD) er en Hjelpehydrodynamisk vedheng installert nær en skipspropell – foran, bak eller direkte på den – som forbedrer fremdriftseffektiviteten ved å optimere vannstrømfordelingen, redusere rotasjonsenergitapene i propellkjølvannet eller gjenvinne energi som ellers ville blitt forsvunnet som turbulens. Disse enhetene erstatter ikke propellen; de fungerer i kombinasjon med det for å trekke ut mer skyvekraft fra samme akselkraft, og reduserer dermed drivstofforbruk og eksosutslipp uten at selve hovedmotoren eller propellen endres.

På store kommersielle fartøy som tankskip, bulkskip og containerskip, kan veltilpassede energisparende enheter oppnå drivstoffbesparelser på 3 til 10 % , som omsetter til millioner av dollar over et fartøys levetid. Gitt regulatorisk press fra Den internasjonale sjøfartsorganisasjonens (IMO) energieffektivitetsindeks for eksisterende skip (EEXI) og karbonintensitetsindikator (CII), har ESD-er blitt et av de mest kostnadseffektive overholdelsesverktøyene tilgjengelig for redere.

Hvorfor det eksisterer våknetap i propell – og hvordan ESD adresserer dem

En konvensjonell propell gir både aksial (forover-skyvende) og rotasjons- (virvel) hastighet til vannet den fortrenger. Rotasjonskomponenten - "slipstrømrotasjonen" bak propellen - representerer energi som har blitt forbrukt av motoren, men som ikke har bidratt til fremdrift. Den går rett og slett tapt som virvlende turbulens i propellens kjølvann. I tillegg skaper den uensartede hastighetsfordelingen av skipets kjølvann som kommer inn i propellskiven trykksvingninger som reduserer effektiviteten og bidrar til kavitasjon.

Energisparende enheter håndterer disse tapene gjennom tre mekanismer:

• Flyt-forkondisjonering: Pre-swirl-enheter installert foran propellen roterer det innkommende vannet i motsatt retning av propellens rotasjon – øker effektivt den relative angrepsvinkelen til hvert blad og forbedrer skyvekraften per omdreining.
• Våkneenergigjenvinning: Post-swirl-enheter (rorpærer, propellhettefinner) gjenvinner rotasjonsenergien i propellslippstrømmen ved å konvertere det virvlende kjølvannet til ytterligere fremdrift gjennom faste finner eller styreflater.
• Våkneutjevning: Statorfinner eller wake-utjevningskanaler omfordeler det ikke-ensartede hastighetsfeltet som kommer inn i propellskiven, og reduserer fluktuerende bladbelastninger og kavitasjon som forringer både effektivitet og bladlevetid.

Hovedtyper av propellenergisparende enheter

Pre-Swirl Stator (PSS)

En pre-swirl stator er et sett med faste finner montert på akterbossen eller propellakselbossen foran propellen. Finnene er vinklet for å gi en motroterende virvel til vannet som kommer inn i propellskiven, noe som øker den effektive vanninnfallsvinkelen på propellbladene og forbedrer skyvekraften. Typiske drivstoffbesparelser er 3 til 6 % på enskruede fartøyer. PSS er en av de mest installerte ESD-typene på grunn av dens strukturelle enkelhet og pålitelige ytelse på tvers av en rekke driftsutkast og hastigheter.

Wake Equalizing Duct (WED)

En kjølvannsutjevningskanal er en delvis eller hel ringformet kanal som er montert foran propellen i det ujevne området av skipets kjølvann. Kanalen akselererer saktegående vann fra det øvre kjøleområdet og bremser nedre vann som beveger seg raskere - utjevner hastighetsfordelingen over propellskiven. Dette reduserer kavitasjon, vibrasjoner og støy samtidig som det forbedrer fremdriftseffektiviteten ved 3 til 5 % . WED-er er spesielt effektive på fullformede fartøyer (tankere, bulkskip) med lave designhastigheter og sterkt uensartede kjølvann.

Propellhettefinner (Thrust Fin Hub Cap)

Propellhettefinner erstatter den konvensjonelle propellbossen med en enhet som bærer faste finner som omdirigerer navvirvelen - en konsentrert roterende strøm som dannes bak propellbossen og representerer rent energitap. Ved å bryte opp denne virvelen og gjenvinne rotasjonsenergien som ekstra skyvekraft, oppnår capfin-enheter drivstoffbesparelser på 1 til 4 % med minimale strukturelle endringer. De er en av de lettest ettermonterbare ESD-typene, siden de kun krever utskifting av den eksisterende propellhetten.

Rorpære og finner

En rorkule – en strømlinjeformet ellipsoide montert i forkanten av roret ved propellens senterlinjehøyde – jevner ut strømmen fra propellnavets virvel over roroverflaten, og reduserer luftmotstand. Kombinert med vridde rorfinner, gjenvinner enheten også rotasjonsvåkneenergi. Dette kombinerte systemet oppnår drivstoffbesparelser på 4 til 6 % og har den ekstra fordelen av å forbedre rorløftekraften, noe som kan redusere krav til rorareal eller forbedre manøvrerbarheten.

Propell Boss Cap Fins med Pre-Swirl-kombinasjon

Mange moderne ESD-installasjoner kombinerer flere enheter - for eksempel en pre-swirl-stator foran propellen sammen med en kappefinne bak - for samtidig å adressere både innkommende strømningskvalitet og våkneenergigjenvinning. Kombinerte installasjoner kan oppnå totale drivstoffbesparelser på 5 til 10 % , med den spesifikke kombinasjonen valgt gjennom computational fluid dynamics (CFD)-analyse for hver enkelt skrog- og propellkonfigurasjon.

ESD-typer, posisjoner og typiske drivstoffbesparelser

Hvilke fartøy drar mest nytte av energisparende enheter

Den energibesparende fordelen med en ESD er ikke ensartet på tvers av alle fartøystyper – det avhenger av skrogform, designhastighet, propellbelastning og kjølvannsegenskaper. De høyeste gevinstene oppnås vanligvis på:

• Store tankskip og bulkskip (VLCC, Capesize): Deres fullformede skrog produserer sterkt uensartede, saktegående kjølvann med høyt rotasjonsenergitap - forholdene ESD-er er mest effektive til å håndtere.
• Containerskip og store lasteskip: Høye akseleffektnivåer betyr at selv en 3–5 % effektivitetsforbedring representerer svært store absolutte drivstoffbesparelser – det kommersielle insentivet er sterkt.
• Fartøy som opererer med en stabil designhastighet for lange reiser: ESD-er er optimert for en spesifikk hastighet og dypgående – fartøyer som opererer konsekvent nær designpunktet innser den fulle fordelen, i motsetning til fartøyer med svært variable hastighetsprofiler.