Što je propelerski uređaj za uštedu energije?

A propelerski uređaj za uštedu energije (ESD) je pomoćni hidrodinamički dodatak ugrađen u blizini brodskog propelera — ispred, iza ili izravno na njemu — koji poboljšava učinkovitost propulzije optimiziranjem distribucije protoka vode, smanjenjem gubitaka rotacijske energije u tragu propelera ili povratom energije koja bi se inače raspršila kao turbulencija. Ovi uređaji ne zamjenjuju propeler; oni rade u kombinaciji s njim kako bi izvukli više potiska iz iste snage osovine, čime se smanjuje potrošnja goriva i emisije ispušnih plinova bez promjene glavnog motora ili samog propelera.

Na velikim komercijalnim plovilima kao što su tankeri, brodovi za rasuti teret i kontejnerski brodovi, dobro usklađeni uređaji za uštedu energije mogu postići ušteda goriva od 3 do 10% , što znači milijune dolara tijekom radnog vijeka broda. S obzirom na regulatorni pritisak Indeksa energetske učinkovitosti postojećeg broda (EEXI) i Indikatora intenziteta ugljika (CII) Međunarodne pomorske organizacije (IMO), ESD su postali jedan od najisplativijih alata za usklađivanje koji su dostupni vlasnicima brodova.

Zašto postoje gubici na propeleru — i kako ih ESD rješava

Konvencionalni propeler daje i aksijalnu (guranje prema naprijed) i rotacijsku (kovitlanje) brzinu vodi koju istiskuje. Rotacijska komponenta — "slipstream rotacija" iza propelera — predstavlja energiju koju je potrošio motor, ali nije pridonijela potisku prema naprijed. Jednostavno se gubi kao vrtložna turbulencija u tragu propelera. Osim toga, nejednolika raspodjela brzine traga broda koji ulazi u disk propelera stvara fluktuacije tlaka koje smanjuju učinkovitost i doprinose kavitaciji.

Uređaji za uštedu energije rješavaju te gubitke kroz tri mehanizma:

• Predkondicioniranje protoka: Uređaji za prethodno vrtloženje instalirani ispred propelera okreću vodu koja ulazi u smjeru suprotnom od rotacije propelera — učinkovito povećavajući relativni napadni kut svake lopatice i poboljšavajući stvaranje potiska po okretaju.
• Oporavak energije buđenja: Naknadni vrtložni uređaji (bulbovi kormila, peraje poklopca propelera) obnavljaju energiju rotacije u struji propelera pretvarajući vrtložni trag u dodatni potisak prema naprijed kroz fiksne peraje ili vodeće površine.
• Izjednačavanje buđenja: Peraje statora ili kanali za izjednačavanje bujice redistribuiraju neujednačeno polje brzine koje ulazi u disk propelera, smanjujući fluktuirajuća opterećenja lopatica i kavitaciju koji smanjuju učinkovitost i vijek trajanja lopatica.

Glavne vrste propelerskih uređaja za uštedu energije

Predvrtložni stator (PSS)

Pred-vrtložni stator je skup fiksnih peraja postavljenih na krmeni nastavak ili nastavak osovine propelera ispred propelera. Peraje su postavljene pod kutom kako bi dale suprotno rotirajući vrtlog vodi koja ulazi u disk propelera, povećavajući efektivni kut upada vode na lopatice propelera i poboljšavajući potisak. Tipične uštede goriva su 3 do 6% na posudama s jednim vijkom. PSS je jedan od najčešće instaliranih ESD tipova zbog svoje strukturne jednostavnosti i pouzdanih performansi u nizu radnih propuha i brzina.

Kanal za izjednačavanje buđenja (WED)

Kanal za izjednačavanje brazde je djelomični ili puni prstenasti kanal montiran ispred propelera u nejednolikom području brazde broda. Kanal ubrzava vodu koja se sporo kreće iz gornjeg pojasa i usporava donju vodu koja se brže kreće — izjednačavajući raspodjelu brzine preko diska propelera. Ovo smanjuje kavitaciju, vibracije i buku dok poboljšava propulzivnu učinkovitost 3 do 5% . WEDs su posebno učinkoviti na plovilima punog oblika (tankerima, brodovima za rasuti teret) s malim projektiranim brzinama i izrazito neujednačenim tragovima.

Peraje kapice propelera (kapa glavčine potisne peraje)

Peraje poklopca propelera zamjenjuju uobičajeni poklopac glave propelera s jedinicom koja nosi fiksna peraja koja preusmjeravaju vrtlog glavčine — koncentrirani rotirajući tok koji se formira iza glave propelera i predstavlja čisti gubitak energije. Razbijajući ovaj vrtlog i obnavljajući njegovu rotacijsku energiju kao dodatni potisak, uređaji s perajima s kapom postižu uštedu goriva od 1 do 4% uz minimalne strukturne izmjene. Oni su jedan od ESD tipova koji se najlakše naknadno ugrađuju, jer zahtijevaju samo zamjenu postojećeg poklopca propelera.

Bulb kormila i peraje

Bulb kormila — aerodinamični elipsoid postavljen na prednjem rubu kormila na visini središnje crte propelera — uglađuje strujanje iz vrtloga glavčine propelera preko površine kormila, smanjujući otpor. U kombinaciji s upletenim perajama kormila, uređaj također vraća energiju rotacijskog traga. Ovaj kombinirani sustav postiže uštedu goriva od 4 do 6% i ima dodatnu prednost poboljšanja podizne sile kormila, što može smanjiti potrebe za površinom kormila ili poboljšati manevarske sposobnosti.

Peraje glave propelera s kombinacijom prethodnog vrtloženja

Mnoge moderne ESD instalacije kombiniraju više uređaja - na primjer, predvrtložni stator ispred propelera uparen s perajom iza njega - kako bi se istovremeno pozabavili kvalitetom dolaznog protoka i povratom energije buđenja. Kombinirane instalacije mogu postići ukupnu uštedu goriva od 5 do 10% , sa specifičnom kombinacijom odabranom analizom računalne dinamike fluida (CFD) za svaki pojedinačni trup i konfiguraciju propelera.

ESD vrste, položaji i tipične uštede goriva

Koja plovila imaju najviše koristi od uređaja za uštedu energije

Prednost uštede energije od an ESD nije ujednačen za sve tipove plovila — ovisi o obliku trupa, konstrukcijskoj brzini, opterećenju propelera i karakteristikama traga. Najveći dobici obično se postižu na:

• Veliki tankeri i brodovi za rasuti teret (VLCC, Capesize): Njihovi trupovi punog oblika stvaraju vrlo neujednačene, sporo pokretne tragove s velikim gubitkom rotacijske energije — uvjeti za koje su ESD najučinkovitiji u rješavanju.
• Kontejnerski brodovi i veliki teretni brodovi: Visoke razine snage osovine znače da čak i 3–5% poboljšanja učinkovitosti predstavlja vrlo veliku apsolutnu uštedu goriva — komercijalni poticaj je jak.
• Plovila koja plove stabilnom projektiranom brzinom za duga putovanja: ESD su optimizirani za određenu brzinu i gaz — plovila koja stalno rade blizu svoje projektirane točke ostvaruju punu ocijenjenu korist, za razliku od plovila s vrlo promjenjivim profilima brzine.