دستگاه های صرفه جویی در انرژی پروانه چگونه کار می کنند؟

پروانه دستگاه های صرفه جویی در انرژی (ESD) توسط بهینه سازی محیط هیدرودینامیکی اطراف پروانه کشتی - قبل، در یا پشت صفحه پروانه - برای کاهش تلفات انرژی دورانی در جریان لغزش، بهبود یکنواختی جریان ورودی، سرکوب کاویتاسیون یا بازیابی انرژی جنبشی چرخشی که در غیر این صورت هدر می‌رفت. نتیجه کاهش قابل اندازه گیری در مصرف سوخت است که معمولاً از 3 تا 10 درصد بسته به نوع دستگاه، کلاس کشتی و شرایط عملیاتی، بدون نیاز به تغییر در موتور اصلی یا فرم بدنه.

این دستگاه‌ها به سنگ بنای استراتژی بهره‌وری انرژی کشتی‌ها تبدیل شده‌اند و در کشتی‌های تجاری بزرگ از جمله تانکرهای نفت، کشتی‌های فله‌بر، کشتی‌های کانتینری و کشتی‌های رورو ظاهر می‌شوند. درک نحوه کار آنها مستلزم درک اولیه هیدرودینامیک پروانه و محل از دست رفتن انرژی در طول رانش است.

جایی که انرژی در پیشرانه های معمولی از دست می رود

برای درک چگونگی صرفه جویی در انرژی ESD، ابتدا درک اینکه چرا انرژی در پیشرانه های معمولی هدر می رود کمک می کند. پروانه کشتی با شتاب دادن به آب به سمت عقب، نیروی محور را به نیروی رانش تبدیل می کند. این فرآیند شامل چندین منبع اتلاف انرژی اجتناب ناپذیر اما قابل کاهش است:

• اتلاف انرژی جنبشی محوری: آبی که در جریان لغزش پروانه به سمت عقب شتاب می گیرد، انرژی جنبشی را حمل می کند که به رانش مفید تبدیل نمی شود. این بزرگترین منبع ناکارآمدی پیشرانه است.
• اتلاف انرژی چرخشی (چرخشی): پروانه یک جزء چرخشی به آب جریان لغزش می دهد. این حرکت زاویه ای نشان دهنده اتلاف انرژی خالص است - آب در حال چرخش هیچ کمکی به رانش به جلو ندارد.
• جریان بیداری غیر یکنواخت: میدان بیداری پشت بدنه کشتی یکنواخت نیست - سرعت به صورت محیطی و شعاعی متفاوت است. تیغه های پروانه ای که از این جریان ناهموار عبور می کنند، بار نوسانی را تجربه می کنند، کارایی را کاهش می دهند و باعث ایجاد لرزش می شوند.
• کاویتاسیون: در بارهای زیاد یا در نواحی با فشار موضعی کم، حباب‌های بخار روی سطوح تیغه ایجاد می‌شوند که به شدت فرو می‌ریزند و باعث ایجاد صدا، فرسایش و کاهش رانش می‌شوند.
• تلفات فعل و انفعال بدنه و پروانه: لایه‌ی مرزی و بی‌حرکتی یک محیط جریان نامنظم ایجاد می‌کنند که پروانه باید به طور ناکارآمد از آن عبور کند.

انواع مختلف ESD یک یا چند مکانیسم از دست دادن را هدف قرار می دهند. هیچ دستگاه واحدی همه آنها را به طور همزمان نشان نمی دهد، به همین دلیل است که ESD ها اغلب به صورت ترکیبی برای حداکثر اثر استفاده می شوند.

نحوه کار استاتورهای پیش از چرخش: شرطی کردن جریان ورودی

استاتورهای پیش چرخشی (PSS) باله‌های ثابت یا پره‌های راهنما هستند که بر روی عقب در جلوی پروانه نصب می‌شوند، معمولاً روی یا نزدیک باس میل پروانه یا بدنه عقب. آنها یکی از پرکاربردترین ESD ها در حمل و نقل تجاری هستند.

اصل کار مبتنی بر وارد کردن عمدی یک چرخش ضد چرخش در آبی است که به سمت پروانه جریان دارد. هنگامی که پروانه می چرخد، یک جزء چرخشی را به آب عبوری از آن منتقل می کند. اگر آب ورودی از قبل دارای یک چرخش معکوس باشد - که برخلاف جهت چرخش پروانه می چرخد ​​- انرژی چرخشی خالص در جریان لغزش ملخ کاهش می یابد. انرژی چرخشی کمتر در پی به معنای بیشتر نیروی شفت به رانش محوری مفید تبدیل می شود به جای اینکه به عنوان تکانه زاویه ای تلف شود.

طراحی و هندسه

استاتورهای پیش چرخشی معمولاً از 3 تا 7 تیغه هیدروفویل شکل ثابت به طور نامتقارن در اطراف شفت چیده شده، زاویه دار است تا جهت چرخش صحیح را نشان دهد. آرایش نامتقارن میدان سرعت غیر یکنواخت را در قسمت انتهایی جبران می‌کند - تیغه‌ها در سمت با سرعت بالاتر بدنه زاویه متفاوتی با تیغه‌های سمت با سرعت پایین‌تر دارند.

استاتورهای پیش از چرخش خوب طراحی شده می توانند به دست آورند صرفه جویی در مصرف سوخت بین 4 تا 8 درصد در کشتی‌های تمام‌فرم مانند تانکرها و کشتی‌های فله‌بر، که در آن‌های آهسته و غلیظ محیطی مطلوب برای تهویه چرخشی فراهم می‌کند. در کشتی‌های با فرم ظریف‌تر مانند کشتی‌های کانتینری، صرفه‌جویی معمولاً در کشتی‌های کانتینری انجام می‌شود 2% تا 5% محدوده

مزایای ثانویه

فراتر از بهبود رانش مستقیم، استاتورهای پیش چرخشی نیز یکنواختی محیطی جریان پروانه را بهبود می بخشند. این امر نوسانات بار تیغه را کاهش می دهد، که به نوبه خود لرزش بدنه ناشی از پروانه و سر و صدای تابش شده در زیر آب را کاهش می دهد - هم برای عمر خستگی ساختاری کشتی و هم برای راحتی در کشتی های مسافربری مفید است.

چگونه دستگاه های پس از چرخش کار می کنند: بازیابی انرژی دورانی پس از پروانه

در حالی که دستگاه های پیش چرخشی روی آب قبل از رسیدن به پروانه عمل می کنند، دستگاه های پس از چرخش در پایین دست - پشت ملخ - نصب می شوند تا انرژی جنبشی چرخشی را که ملخ قبلاً به جریان لغزش داده است، جذب کند.

لامپ های سکان و سکان های پیچ خورده

سکان کشتی که مستقیماً در پشت پروانه قرار دارد، در موقعیت ایده آلی برای بازیابی انرژی چرخشی قرار دارد. الف سکان پیچ خورده دارای یک زاویه مقطع غیر یکنواخت در امتداد ارتفاع خود است که به شکلی مطابق با میدان سرعت مارپیچی جریان لغزش پروانه است. همانطور که آب در حال چرخش از کنار سطح سکان پیچ خورده عبور می کند، یک جزء نیروی خالص رو به جلو تولید می کند - به طور موثر آنچه را که انرژی چرخشی تلف شده به نیروی رانش اضافی تبدیل می کند.

A لامپ سکان (همچنین به آن باس سکان نیز گفته می شود) یک فیرینگ ساده و اژدری شکل است که در لبه جلوی سکان نصب شده و با خط مرکزی میل پروانه همسو می شود. گرداب توپی را کاهش می دهد - یک هسته چرخان کم فشار که در مرکز جریان لغزش پروانه تشکیل می شود و منبعی برای کشش و صدا است. لامپ های سکان می توانند بازیابی شوند 1% تا 3% قدرت شفت به طور مستقل، و هنگامی که با یک سکان پیچ خورده ترکیب می شود، دستگاه ترکیبی معمولاً به 3 تا 6 درصد صرفه جویی در برق

استاتورهای پس از چرخش

برخی از طرح‌ها باله‌های هیدروفویل ثابت را روی سکان یا روی یک باس جداگانه پایین دست نصب می‌کنند تا چرخش جریان لغزشی را با یک جزء رو به جلو به بالابر تبدیل کنند. این استاتورهای پس از چرخش مانند پره های استاتور در موتور جت یا توربین عمل می کنند - جریان چرخشی را صاف می کنند و کار مفیدی را در این فرآیند استخراج می کنند.

چگونه باله های کلاهک پروانه کار می کنند: از بین بردن گرداب هاب

دستگاه پره های کلاهک پروانه (PBCF) یکی از ساده ترین و پرکاربردترین ESD ها در سطح جهانی است. متشکل از باله های کوچک هیدروفویل شکل است که بر روی درپوش توپی پروانه نصب شده اند - فیرینگ مخروطی در وسط عقب پروانه.

هنگامی که یک ملخ می چرخد، تیغه ها از نوک خود گرداب می ریزند و یک گرداب توپی متمرکز در مرکز جریان لغزش تشکیل می شود. این گرداب توپی یک هسته فشرده و کم فشار است که به سرعت می چرخد ​​و به سمت پایین دست گسترش می یابد. هم نشان دهنده انرژی جنبشی هدر رفته و هم منبعی از فرسایش ناشی از ملخ در سطوح پایین دست است.

باله های کوچک PBCF برای چرخش مخالف در برابر این گرداب زاویه دارند. آنها با تزریق تکانه زاویه ای مخالف به هسته گرداب هاب ساختار گرداب را از بین ببرید و محتوای انرژی دورانی جریان لغزشی نزدیک به هاب را کاهش دهد. این امر مستقیماً کشش روی توپی پروانه را کاهش می دهد و توزیع فشار روی ریشه های تیغه را بهبود می بخشد.

صرفه جویی در انرژی از PBCF به تنهایی اندک اما ثابت است: معمولا 1% تا 3% fuel reduction در طیف گسترده ای از انواع کشتی. از آنجایی که دستگاه ساده، سبک وزن است، به راحتی قابل بازسازی است و نیازی به هیچ تغییری در پروانه یا خط محوری ندارد، بازگشت سرمایه بسیار خوبی را ارائه می دهد - دوره های بازپرداخت معمولی 1 تا 3 سال حتی در کشتی های با اندازه متوسط.

دستگاه‌های نوع مجرای چگونه کار می‌کنند: تسریع یا کاهش جریان

ESD های نوع داکت نازل های حلقه ای شکل یا مجاری جزئی هستند که در اطراف پروانه یا بالادست آن نصب می شوند. آنها بر اساس اصولی متفاوت از دستگاه های مبتنی بر باله کار می کنند: به جای اصلاح الگوهای چرخشی، سرعت محوری آب ورودی یا خروجی از دیسک پروانه را تغییر می دهند.

کانال های شتاب دهنده (نازل های کورت)

یک مجرای شتاب دهنده - نمونه کلاسیک آن نازل کورت است - یک هیدروفویل حلقه ای شکل است که در اطراف پروانه با یک ورودی همگرا قرار گرفته است. مجرای آب را به دیسک پروانه شتاب می دهد و سرعت جریان جرم را افزایش می دهد. این مزیت دارد ملخ های با بار سنگین با سرعت های کم پیشروی، مانند یدک کش ها، تراول ها، و قایق های هل، که در آن ملخ در شرایط نزدیک به بولارد کار می کند. در این کاربردها، مجرا نیروی رانش اضافی قابل توجهی را از بالابر روی خود مجرا ایجاد می کند و می تواند کل رانش بولارد را افزایش دهد. 20 تا 30 درصد در مقایسه با پروانه باز با همان قطر.

در کشتی های بزرگ اقیانوس پیما که با سرعت متوسط ​​تا زیاد کار می کنند، کانال های شتاب دهنده سود کمتری دارند و حتی می توانند مقاومت را افزایش دهند. بنابراین آنها عمدتاً در کشتی‌های با سرعت کم و رانش بالا استفاده می‌شوند.

استاتورهای پیش داکت (دستگاه های مجرای پره هیبریدی)

توسعه جدیدتر، پیش مجرای جزئی با باله های استاتور یکپارچه است - که گاهی به آن کانال چرخ پره یا مجرای صرفه جویی در انرژی با پره های راهنما می گویند. این دستگاه‌ها یک حلقه جزئی (که قسمت پایینی یا بالایی دیسک پروانه را می‌پوشاند) با باله‌های هیدروفویل یکپارچه ترکیب می‌کنند که به طور همزمان جهت جریان را تنظیم می‌کنند و تا حدی باعث تسریع یا کاهش سرعت می‌شوند. آنها به خوبی برای کشتی های تمام فرم مانند تانکرها و کشتی های فله بر، که معمولاً تحویل می دهند، مناسب هستند. 3 تا 7 درصد صرفه جویی در برق

پروانه های ضد چرخش چگونه کار می کنند: بازیابی نهایی چرخش

پروانه های ضد چرخش (CRP) پیچیده ترین روش مکانیکی اما هیدرودینامیکی کارآمد را برای بازیابی انرژی دورانی نشان می دهند. دو ملخ به صورت هم محور بر روی محورهای متحدالمرکز نصب شده اند و در جهت مخالف می چرخند. ملخ عقب در جهت مخالف می چرخد ​​و انرژی چرخشی را به نیروی رانش اضافی تبدیل می کند در حالی که شتاب محوری خود را به جریان اضافه می کند.

از آنجایی که ملخ عقب تقریباً تمام انرژی دورانی از دست رفته توسط ملخ جلو را بازیابی می کند، سیستم ترکیبی دارای یک از نظر تئوری نزدیک به صفر از دست دادن انرژی دورانی در لغزش جریان در عمل، سیستم‌های CRP به بهبودهای راندمان پیشرانه دست می‌یابند 10 تا 15 درصد در مقایسه با تاسیسات تک ملخی معادل - بالاترین در بین هر دسته ESD.

اشکالات قابل توجه است: سیستم های CRP نیاز به یک آرایش محوری متحدالمرکز پیچیده با یک سیستم دنده تخصصی یا یک پیکربندی پاد درایو دارند که پیچیدگی مکانیکی، وزن و نیازهای تعمیر و نگهداری را به طرز چشمگیری افزایش می دهد. آنها در حال حاضر بیشتر در کشتی‌های با کارایی بالا، حامل‌های LNG و کشتی‌های کروز مدرن یافت می‌شوند، جایی که افزایش بهره‌وری سرمایه‌گذاری مکانیکی اضافی را توجیه می‌کند.

نحوه عملکرد کانال های Wake-Equalizing و باله های بدنه: بهبود کیفیت جریان ورودی پروانه

یک کلاس کمتر آشکار اما مهم از ESD نه بر مجاورت پروانه بلکه بر کیفیت حرکت بدنه که به دیسک پروانه می رسد تمرکز دارد. حرکت بدنه مشخصاً غیر یکنواخت است: به دلیل شکل سه بعدی عقب، سرعت آب در نیمه بالایی دیسک پروانه معمولاً کمتر از نیمه پایینی است و لایه مرزی نزدیک خط مرکزی بدنه ضخیم و کند است.

این عدم یکنواختی تیغه‌های پروانه را مجبور می‌کند در زوایای حمله بسیار متفاوتی که در حال چرخش هستند، کار کنند، کارایی کلی را کاهش می‌دهد و باعث بارگذاری دوره‌ای تیغه می‌شود که لرزش و نویز ایجاد می‌کند.

کانال های بیدار کننده

مجرای وایکوالیزینگ یک مجرای نامتقارن جزئی است که بر روی بدنه عقب، بالادست پروانه نصب شده است. عمداً به گونه‌ای شکل گرفته است که آب کند را در ناحیه فوقانی و کم‌سرعت پیت تسریع کند در حالی که ناحیه پایین‌تر با سرعت بالاتر را نسبتاً بی‌تأثیر می‌گذارد. نتیجه توزیع سرعت یکنواخت‌تر در سرتاسر دیسک پروانه است - که بارهای نوسانی تیغه را کاهش می‌دهد و به پروانه اجازه می‌دهد در طول هر دور به نقطه بازده طراحی نزدیک‌تر عمل کند.

مجاری ویک اکولایزر به ویژه بر روی آنها موثر هستند کشتی های ضریب بلوک کامل (Cb> 0.75)، مانند VLCCها و تانکرهای Suezmax، که در آن شکل بدنه یک پیک شدیدا غیر یکنواخت ایجاد می کند. پس انداز از 3 تا 8 درصد بر روی چنین کشتی هایی مستند شده است.

باله هال استرن

باله‌های ثابت کوچکی که درست جلوتر از پروانه روی بدنه نصب شده‌اند، می‌توانند بخش‌هایی از لایه مرزی بدنه را از خط مرکزی دیسک پروانه به سمت خارج هدایت کنند، منطقه ضخیم کم آب را کاهش داده و یکنواختی کلی را بهبود می‌بخشند. هنگامی که با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به دقت بهینه می شوند، این باله ها می توانند کمک کنند 1% تا 4% بهبود بهره وری اضافی، مکمل سایر ESD ها.

مقایسه انواع عمده ESD: عملکرد، پیچیدگی و کاربرد

جدول زیر یک مقایسه ساختاری از دسته‌های اصلی دستگاه‌های صرفه‌جویی انرژی پروانه‌ای را ارائه می‌کند که اصل کار آنها، صرفه‌جویی در سوخت معمولی، پیچیدگی مکانیکی، و بهترین نوع کشتی‌ها را خلاصه می‌کند.

نقش CFD و تست مدل در توسعه ESD

طراحی مدرن ESD به شدت به آن متکی است دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) تجزیه و تحلیل و آزمایش مدل مقیاس در مخازن بکسل و تونل های کاویتاسیون. این ابزارها به مهندسان این امکان را می‌دهند که میدان جریان سه‌بعدی کامل را در اطراف عقب و پروانه تجسم کنند، مکانیسم‌های تلفات خاصی را که برای یک شکل بدنه مشخص هستند شناسایی کنند، و هندسه ESD را قبل از تولید سخت‌افزار فیزیکی بهینه کنند.

شبیه‌سازی‌های CFD معمولاً از حل‌کننده‌های Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) با روش‌های چارچوب مرجع چرخشی برای مدل‌سازی چرخش پروانه استفاده می‌کنند. یک شبیه سازی کامل شامل بدنه، ESD، پروانه و سکان می تواند انجام شود 24 تا 72 ساعت زمان محاسبه در یک خوشه سرور چند هسته‌ای، اما داده‌های دقیقی را در مورد توزیع فشار، ساختار گرداب، گرادیان‌های سرعت و خطر کاویتاسیون در کل پوشش عملیاتی ارائه می‌کند.

آزمایش‌های مدل مقیاس - معمولاً در مقیاس 1:20 تا 1:30 - اعتبار آزمایشی پیش‌بینی‌های CFD را ارائه می‌کنند و توسط انجمن‌های طبقه‌بندی برای ادعاهای صرفه‌جویی در انرژی مورد نیاز است که در اسناد رسمی کشتی‌ها مانند شاخص طراحی بازده انرژی (EEDI) و شاخص کارایی انرژی موجود کشتی (EEXI) مورد نیاز است.

تعامل بین بدنه، ESD و پروانه بسیار غیرخطی و مختص کشتی است - یک ESD بهینه‌سازی شده برای یک شکل بدنه در واقع می‌تواند کارایی یک کشتی متفاوت را کاهش دهد. به همین دلیل است ESDهای عمومی و خارج از قفسه همیشه در مقایسه با طرح های بهینه شده سفارشی ضعیف عمل می کنند متناسب با میدان بیداری کشتی خاص و هندسه پروانه.

ترکیب چندین ESD: اثرات هم افزایی و استراتژی های انباشته

چون متفاوته ESD انواع مکانیسم‌های اتلاف انرژی متفاوتی را هدف قرار می‌دهند، آنها اغلب می‌توانند برای صرفه‌جویی کل بیشتر با هم ترکیب شوند - اگرچه اثر ترکیبی به دلیل اثرات متقابل معمولاً کمتر از مجموع حسابی صرفه‌جویی‌های فردی است.

ترکیبی که معمولاً در تانکرهای بزرگ و کشتی های فله بر استفاده می شود شامل موارد زیر است:

1. A پیش کانال با پره های راهنما برای شرطی کردن جریان ورودی و بهبود یکنواختی پی
2. A باله کلاهک رئیس پروانه برای از بین بردن گرداب هاب
3. A سکان پیچ خورده with rudder bulb برای بازیابی چرخش جریان لغزش باقی مانده

نشان داده شده است که این ترکیب سه دستگاهی باعث صرفه جویی در مصرف سوخت می شود 7 تا 12 درصد در کشتی های تمام فرم - به طور قابل توجهی بیشتر از هر دستگاه منفرد به تنهایی، اما کمتر از مجموع پس انداز فردی به دلیل کاهش تلفات باقی مانده در دسترس برای هر دستگاه پایین دست.

یک نکته مهم هنگام انباشتن ESD ها این است که دستگاه های بالادست محیط جریان را برای دستگاه های پایین دست تغییر می دهند. برای مثال، یک استاتور پیش چرخشی که چرخش جریان لغزشی را تا 60 درصد کاهش می دهد، انرژی چرخشی کمتری را برای بازیابی لامپ سکان پایین دست باقی می گذارد. بنابراین ترکیبات ESD باید به طور مشترک طراحی و به عنوان یک سیستم بهینه شوند، نه مستقل.

زمینه نظارتی: ESD ها و الزامات بین المللی بهره وری انرژی

پذیرش ESD های ملخی توسط چارچوب های نظارتی بین المللی دریایی به شدت تسریع شده است. سازمان بین المللی دریانوردی (IMO) این را معرفی کرد شاخص طراحی بازده انرژی (EEDI) برای کشتی های جدید در سال 2013، تعیین حداقل سطوح بازده انرژی اجباری که به تدریج تشدید می شود - الزامات فاز 3، قابل اعمال از سال 2025 به بعد، نیازمند بهبود کارایی 30 درصد یا بیشتر بیش از خط پایه مرجع سال 2008 برای اکثر انواع کشتی.

برای کشتی های موجود، شاخص بهره وری انرژی کشتی موجود (EEXI) و سیستم رتبه بندی شاخص شدت کربن (CII) فشار مالی و نظارتی را برای مقاوم سازی فناوری های صرفه جویی در انرژی ایجاد می کند. ESD یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین مسیرها برای انطباق با EEXI برای کشتی‌هایی هستند که از قبل در حال خدمت هستند، زیرا می‌توان آن‌ها را در طول بارگیری خشک برنامه‌ریزی‌شده بدون تغییرات ساختاری عمده نصب کرد.

جاه طلبی IMO برای دستیابی به انتشار خالص صفر گازهای گلخانه ای از حمل و نقل بین المللی تا سال 2050 یا حدود آن به این معنی است که بهبودهای بهره وری از ESD ها - اگرچه به تنهایی کافی نیست - بخش مهمی از جعبه ابزار کربن زدایی صنعت را تشکیل می دهد، به ویژه به عنوان یک فناوری پل در طول انتقال به سوخت های جایگزین.

تحلیل اقتصادی: بازده سرمایه گذاری برای مقاوم سازی ESD

از دیدگاه مالک کشتی، تصمیم برای نصب ESD اساساً یک تحلیل سرمایه گذاری است. متغیرهای کلیدی عبارتند از هزینه نصب، صرفه جویی در سوخت مورد انتظار، قیمت سوخت و مشخصات عملیاتی کشتی.

یک مثال کار شده برای یک کشتی فله‌بر با اندازه متوسط، اقتصاد معمولی را نشان می‌دهد:

• خروجی موتور اصلی: 8500 کیلو وات
• مصرف روزانه سوخت در سرعت سرویس: تقریباً 28 تن در روز
• روزهای دریایی سالانه: 250
• قیمت سوخت: 600 دلار در تن (VLSFO)
• هزینه سوخت سالانه: تقریبا 4.2 میلیون دلار
• بسته ESD (سکان پیچ خورده PBCF پیش کانال): هزینه نصب تقریباً 300000-500000 دلار آمریکا
• صرفه جویی در مصرف سوخت ترکیبی: 7٪
• پس انداز سالانه: تقریبا 294000 تومان
• دوره بازپرداخت ساده: 1.0 تا 1.7 سال

این ارقام نشان می‌دهد که چرا مقاوم‌سازی ESD یکی از جذاب‌ترین سرمایه‌گذاری‌های بهره‌وری انرژی برای مالکان کشتی است – معمولاً نسبت به ارتقاء پوشش بدنه، کاهش سرعت موتور اصلی یا تأسیسات ژنراتور شفت، بازپرداخت سریع‌تری ارائه می‌دهد، در حالی که نیازی به تغییر در عملیات کشتی یا ظرفیت بار ندارد.

در قیمت‌های سوخت بالاتر - که در طول اختلالات عرضه به 900 تا 1000 دلار در تن تقطیرهای دریایی رسیده است - دوره بازگشت سرمایه بیشتر فشرده می‌شود و ESD‌ها را جذاب‌تر می‌کند. در طول عمر باقیمانده یک کشتی از 10 تا 20 سال ، صرفه جویی در سوخت تجمعی از یک بسته ESD به خوبی انتخاب شده می تواند به چندین میلیون دلار آمریکا برای هر کشتی برسد.

محدودیت ها و ملاحظات هنگام انتخاب ESD

علیرغم مزایای واضح آنها، ESDها به طور جهانی قابل اجرا نیستند یا همیشه موثر هستند. چندین محدودیت مهم و ملاحظات انتخاب اعمال می شود:

اختصاصی بودن کشتی

همانطور که در بالا ذکر شد، عملکرد ESD به شدت به میدان بیداری خاص بدنه بستگی دارد. یک ESD که 7٪ در طراحی یک تانکر صرفه جویی می کند ممکن است فقط 2٪ - یا حتی کاهش کارایی - را در یک کشتی متفاوت با هندسه عقب متفاوت صرفه جویی کند. اندازه گیری دقیق بیداری یا تجزیه و تحلیل CFD کشتی خاص ضروری است قبل از تعهد به سرمایه گذاری ESD

سرعت عملیاتی و تغییرات بار

اکثر ESD ها برای سرعت طراحی خاص و شرایط بارگذاری پروانه بهینه شده اند. کشتی هایی که در محدوده وسیعی از سرعت ها یا اغلب در شرایط بالاست کار می کنند ممکن است میانگین صرفه جویی کمتری نسبت به آنچه در نقطه طراحی پیش بینی شده بود مشاهده کنند. برنامه های کاهش سرعت (بخار آهسته)، که در بازارهای حمل و نقل فعلی رایج است، شرایط جریان اطراف ESD ها را نیز تغییر می دهد و ممکن است اثربخشی آنها را کاهش دهد.

خطرات ساختاری و کاویتاسیون

ESD هایی که با طراحی ضعیف یا نصب نادرست می توانند به منابع ارتعاش، حفره شدن یا بارگذاری ساختاری بر روی عقب تبدیل شوند. برای مثال، باله های استاتور پیش چرخشی باید به دقت طراحی شوند تا از عملکرد در زوایای حمله که باعث ایجاد حفره روی سطوح خود می شود، جلوگیری شود. تجزیه و تحلیل خستگی اتصالات باله به بدنه یا باس شفت، به ویژه برای شناورهای پرقدرت ضروری است.

تعمیر و نگهداری و رسوب

ESD های نوع پره می توانند رسوبات دریایی را بین فواصل درای داکینگ جمع کنند که این امر اثربخشی هیدرودینامیکی آنها را کاهش می دهد. استفاده از پوشش ضد رسوب بر روی سطوح ESD و گنجاندن آنها در برنامه بازرسی بدنه و برنامه نگهداری برای حفظ عملکرد طولانی مدت صرفه جویی در انرژی آنها مهم است.

مسیرهای آینده: دستگاه های صرفه جویی انرژی هوشمند و تطبیقی

نسل بعدی دستگاه های صرفه جویی در انرژی پیشرانه فراتر از اجزای غیرفعال ثابت به سمت حرکت می رود سیستم های تطبیقی و کنترل شده فعال که می تواند در زمان واقعی به تغییر شرایط دریا، سرعت کشتی و وضعیت بارگیری پاسخ دهد.

برنامه‌های تحقیقاتی در حال بررسی پره‌های استاتور با هندسه متغیر هستند که می‌توانند زاویه گام خود را تحت کنترل رایانه تنظیم کنند و به جای ثابت شدن در یک نقطه طراحی، به‌طور مداوم در سراسر محدوده سرعت عملیاتی بهینه شوند. مطالعات محاسباتی اولیه نشان می دهد که استاتورهای تطبیقی می توانند موارد اضافی را بازیابی کنند 1% تا 3% سوخت فراتر از آنچه استاتورهای بهینه شده ثابت به دست می آورند، صرفاً با تطبیق ورودی چرخش با شرایط عملیاتی واقعی.

ادغام نظارت بر عملکرد ESD در سیستم های مدیریت انرژی کشتی نیز در حال پیشرفت است. سنسورهای قدرت شفت و سنسورهای جریان نصب شده در اطراف عقب می‌توانند داده‌های بی‌درنگ در مورد راندمان پیشرانه ارائه دهند، و به اپراتورها این امکان را می‌دهند که رسوب یا آسیب به ESD‌ها را زود تشخیص دهند و اقدامات اصلاحی را قبل از انباشته شدن تلفات راندمان انجام دهند.

همانطور که صنعت کشتیرانی به سمت سوخت های جایگزین از جمله آمونیاک، متانول و هیدروژن حرکت می کند - که همگی هزینه قابل توجهی نسبت به پناهگاه های معمولی دارند - اهمیت به حداکثر رساندن راندمان پیشرانه از طریق دستگاه هایی مانند ESD ها افزایش می یابد. هر درصد از سوخت صرفه جویی شده از طریق بهینه سازی هیدرودینامیکی به طور مستقیم بار هزینه سوخت را کاهش می دهد از انتقال انرژی و بهبود اقتصاد کشتیرانی پایدار.