Vad är en propellerenergibesparande enhet?

A propeller energisparande anordning (ESD) är en extra hydrodynamiskt bihang installerat nära ett fartygs propeller — framför, bakom eller direkt på den — som förbättrar framdrivningseffektiviteten genom att optimera vattenflödesfördelningen, minska rotationsenergiförlusterna i propellerns spår eller återvinna energi som annars skulle försvinna som turbulens. Dessa enheter ersätter inte propellern; de arbetar i kombination med det för att få ut mer dragkraft från samma axelkraft, och därigenom minska bränsleförbrukningen och avgasutsläppen utan att ändra på själva huvudmotorn eller propellern.

På stora kommersiella fartyg som tankfartyg, bulkfartyg och containerfartyg kan välmatchade energisparanordningar uppnås bränslebesparingar på 3 till 10 % , vilket översätts till miljontals dollar under ett fartygs livslängd. Med tanke på det regulatoriska trycket från Internationella sjöfartsorganisationens (IMO) energieffektivitetsindex för befintliga fartyg (EEXI) och kolintensitetsindikator (CII), har ESD:er blivit ett av de mest kostnadseffektiva efterlevnadsverktygen som finns tillgängliga för fartygsägare.

Varför propellervakna förluster existerar - och hur ESD adresserar dem

En konventionell propeller ger både axiell (framåtskjutande) och rotationshastighet (virvlande) åt vattnet som den förskjuter. Den roterande komponenten - "slipströmsrotationen" bakom propellern - representerar energi som har förbrukats av motorn men som inte har bidragit till framdrivning. Den försvinner helt enkelt som virvlande turbulens i propellerns kölvatten. Dessutom skapar den ojämna hastighetsfördelningen av fartygets kölvatten som kommer in i propellerskivan tryckfluktuationer som minskar effektiviteten och bidrar till kavitation.

Energibesparande enheter hanterar dessa förluster genom tre mekanismer:

• Flödesförkonditionering: Pre-swirl-anordningar installerade före propellern roterar det inkommande vattnet i motsatt riktning mot propellerns rotation – vilket effektivt ökar den relativa attackvinkeln för varje blad och förbättrar kraftgenereringen per varv.
• Återvinning av vakna energi: Post-swirl-anordningar (roderlampor, propellerkåpsfenor) återvinner rotationsenergin i propellerslipströmmen genom att omvandla det virvlande kölvattnet till ytterligare dragkraft framåt genom fasta fenor eller styrytor.
• Vakna utjämning: Statorfenor eller vågutjämningskanaler omfördelar det ojämna hastighetsfältet som kommer in i propellerskivan, vilket minskar fluktuerande bladbelastningar och kavitation som försämrar både effektivitet och bladlivslängd.

Huvudtyper av propellerenergibesparande enheter

Pre-Swirl Stator (PSS)

En pre-swirl stator är en uppsättning fasta fenor monterade på akterbommen eller propelleraxeln framför propellern. Fenorna är vinklade för att ge en motroterande virvel åt vattnet som kommer in i propellerskivan, vilket ökar den effektiva vinkeln för vatteninfall på propellerbladen och förbättrar dragkraften. Typiska bränslebesparingar är 3 till 6 % på enskruvsfartyg. PSS är en av de mest installerade ESD-typerna på grund av dess strukturella enkelhet och tillförlitliga prestanda över en rad olika drag och hastigheter.

Wake Equalizing Duct (WED)

En vågutjämningskanal är en partiell eller hel ringformad kanal monterad framför propellern i det ojämna området av fartygets spår. Kanalen accelererar långsamt rörligt vatten från det övre kölvattnet och bromsar snabbare rörligt lägre vatten - utjämnar hastighetsfördelningen över propellerskivan. Detta minskar kavitation, vibrationer och buller samtidigt som den förbättrar framdrivningseffektiviteten genom 3 till 5 % . WEDs är särskilt effektiva på fullformsfartyg (tankfartyg, bulkfartyg) med låga designhastigheter och starkt ojämna vågor.

Propellerkåpa fenor (tryckfenans navkåpa)

Propellerkåpans fenor ersätter den konventionella propellerns kåpa med en enhet som bär fasta fenor som omdirigerar navvirveln - ett koncentrerat roterande flöde som bildas bakom propellernavet och representerar ren energiförlust. Genom att bryta upp denna virvel och återvinna dess rotationsenergi som ytterligare dragkraft, uppnår lockfenanordningar bränslebesparingar på 1 till 4 % med minimala strukturella ändringar. De är en av de ESD-typer som är lättast att eftermontera, eftersom de endast kräver byte av det befintliga propellerlocket.

Roderbulb och fenor

En roderbulb – en strömlinjeformad ellipsoid monterad vid rodrets framkant vid propellerns mittlinjehöjd – jämnar ut flödet från propellernavets virvel över roderytan, vilket minskar motståndet. I kombination med vridna roderfenor, återvinner enheten också rotationsvågenergi. Detta kombinerade system uppnår bränslebesparingar på 4 till 6 % och har den ytterligare fördelen att den förbättrar rodrets lyftkraft, vilket kan minska kraven på roderområde eller förbättra manövrerbarheten.

Propeller Boss Cap fenor med Pre-Swirl-kombination

Många moderna ESD-installationer kombinerar flera enheter – till exempel en pre-swirl-stator framför propellern parad med en lockfena bakom den – för att samtidigt ta itu med både inkommande flödeskvalitet och vakenenergiåtervinning. Kombinerade installationer kan uppnå totala bränslebesparingar på 5 till 10 % , med den specifika kombinationen vald genom CFD-analys (Computational Fluid Dynamics) för varje enskild skrov- och propellerkonfiguration.

ESD-typer, positioner och typiska bränslebesparingar

Vilka fartyg drar mest nytta av energibesparande enheter

Den energibesparande fördelen med en ESD är inte enhetlig för alla fartygstyper – det beror på skrovform, designhastighet, propellerbelastning och kölvattenegenskaper. De högsta vinsterna uppnås vanligtvis på:

• Stora tankfartyg och bulkfartyg (VLCC, Capesize): Deras fullformade skrov producerar starkt ojämna, långsamma vågor med hög rotationsenergiförlust - de förhållanden som ESD är mest effektiva för att hantera.
• Containerfartyg och stora lastfartyg: Höga axeleffektnivåer innebär att även en effektivitetsförbättring på 3–5 % representerar mycket stora absoluta bränslebesparingar – det kommersiella incitamentet är starkt.
• Fartyg som arbetar med en stabil designhastighet för långa resor: ESD:er är optimerade för en specifik hastighet och djupgående — fartyg som arbetar konsekvent nära sin designpunkt inser den fulla fördelen, till skillnad från fartyg med mycket varierande hastighetsprofiler.