دستگاه صرفه جویی در مصرف انرژی پروانه چیست؟

A دستگاه صرفه جویی در انرژی پروانه (ESD) یک است زائده کمکی هیدرودینامیکی نصب شده در نزدیکی پروانه کشتی - جلو، پشت، یا مستقیماً روی آن - که با بهینه‌سازی توزیع جریان آب، کاهش تلفات انرژی دورانی در پروانه، یا بازیابی انرژی که در غیر این صورت به‌عنوان تلاطم تلف می‌شود، راندمان نیروی محرکه را بهبود می‌بخشد. این دستگاه ها جایگزین پروانه نمی شوند. آنها در ترکیب با آن کار می کنند تا نیروی رانش بیشتری را از همان قدرت شفت استخراج کنند، در نتیجه مصرف سوخت و آلاینده های اگزوز را بدون تغییر به موتور اصلی یا پروانه کاهش می دهند.

در کشتی‌های تجاری بزرگ مانند تانکرها، کشتی‌های فله‌بر و کشتی‌های کانتینری، دستگاه‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌توانند صرفه جویی در مصرف سوخت 3 تا 10 درصد ، که به میلیون ها دلار در طول عمر عملیات کشتی ترجمه می شود. با توجه به فشار نظارتی سازمان بین‌المللی دریانوردی (IMO) شاخص کارایی انرژی موجود کشتی (EEXI) و شاخص شدت کربن (CII) الزامات، ESDها به یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین ابزارهای انطباق در دسترس مالکان کشتی تبدیل شده‌اند.

چرا تلفات ویک پروانه وجود دارد - و ESD چگونه آنها را برطرف می کند

یک ملخ معمولی هم سرعت محوری (هل به جلو) و هم سرعت چرخشی (چرخشی) را به آبی که جابجا می کند، می دهد. جزء چرخشی - "چرخش جریان لغزشی" در پشت پروانه - نشان دهنده انرژی است که توسط موتور مصرف شده است اما در رانش به جلو کمکی نکرده است. به سادگی به عنوان تلاطم چرخشی در پی پروانه از بین می رود. علاوه بر این، توزیع غیریکنواخت سرعت موج کشتی که وارد دیسک پروانه می شود، نوسانات فشاری را ایجاد می کند که کارایی را کاهش می دهد و به کاویتاسیون کمک می کند.

دستگاه های صرفه جویی انرژی این تلفات را از طریق سه مکانیسم برطرف می کنند:

• پیش تهویه جریان: دستگاه های پیش چرخشی که جلوتر از پروانه نصب شده اند، آب ورودی را در جهت مخالف چرخش پروانه می چرخانند - به طور موثر زاویه حمله نسبی هر تیغه را افزایش می دهند و تولید رانش را در هر دور بهبود می بخشند.
• بازیابی انرژی بیداری: دستگاه‌های پس از چرخش (لامپ‌های سکان، پره‌های کلاهک پروانه) انرژی دورانی در جریان لغزش پروانه را با تبدیل چرخش به نیروی رانش بیشتر به جلو از طریق باله‌های ثابت یا سطوح راهنما بازیابی می‌کنند.
• تساوی بیدار: باله‌های استاتور یا مجرای اکولایزر بیدار، میدان سرعت غیریکنواختی را که وارد دیسک پروانه می‌شود، مجدداً توزیع می‌کنند و بارهای نوسانی تیغه و کاویتاسیون را کاهش می‌دهند که هم کارایی و هم عمر تیغه را کاهش می‌دهند.

انواع اصلی دستگاه های صرفه جویی در انرژی پروانه

استاتور پیش از چرخش (PSS)

استاتور پیش چرخشی مجموعه ای از باله های ثابت است که روی باس عقب یا باس شفت پروانه جلوتر از پروانه نصب می شوند. باله‌ها زاویه‌دار هستند تا یک چرخش ضد چرخش به آب وارد شده به دیسک پروانه ایجاد کنند، که باعث افزایش زاویه موثر برخورد آب بر روی پره‌های پروانه و بهبود خروجی رانش می‌شود. صرفه جویی در سوخت معمولی است 3 تا 6 درصد روی مخازن تک پیچ PSS یکی از پرکاربردترین انواع ESD است که به دلیل سادگی ساختاری و عملکرد قابل اعتماد در طیف وسیعی از پیش نویس ها و سرعت های عملیاتی است.

مجرای اکولایز بیدار (WED)

مجرای اکولایز کننده یک مجرای حلقوی جزئی یا کامل است که جلوتر از پروانه در ناحیه غیر یکنواخت مسیر کشتی نصب شده است. این مجرا آب با حرکت آهسته را از ناحیه بیداری بالایی تسریع می‌کند و سرعت حرکت سریع‌تر آب پایین را کاهش می‌دهد - توزیع سرعت در سراسر دیسک پروانه را یکسان می‌کند. این امر باعث کاهش کاویتاسیون، ارتعاش و سر و صدا می شود و در عین حال راندمان پیشرانه را بهبود می بخشد 3 تا 5 درصد . WED ها به ویژه در کشتی های تمام فرم (تانکرها، کشتی های فله بر) با سرعت طراحی آهسته و بیداری های شدیدا غیر یکنواخت موثر هستند.

باله های کلاهک پروانه (کلاهک توپی باله رانش)

پره های کلاهک پروانه جایگزین کلاهک پروانه معمولی با واحدی با باله های ثابتی می شوند که گرداب هاب را هدایت می کند - یک جریان چرخشی متمرکز که پشت سر پروانه ایجاد می شود و نشان دهنده اتلاف انرژی خالص است. با شکستن این گرداب و بازیابی انرژی دورانی آن به عنوان نیروی رانش اضافی، دستگاه های باله کلاهک به صرفه جویی در مصرف سوخت دست می یابند. 1 تا 4 درصد با حداقل تغییرات ساختاری آنها یکی از انواع ESD هستند که به راحتی قابل نصب هستند، زیرا فقط به تعویض کلاهک پروانه موجود نیاز دارند.

حباب سکان و باله

یک لامپ سکان - یک بیضی ساده که در لبه جلوی سکان در ارتفاع خط مرکزی پروانه نصب شده است - جریان گرداب توپی پروانه را روی سطح سکان صاف می کند و کشش را کاهش می دهد. همراه با باله های سکان پیچ خورده، این دستگاه همچنین انرژی بیداری چرخشی را بازیابی می کند. این سیستم ترکیبی باعث صرفه جویی در مصرف سوخت می شود 4 تا 6 درصد و دارای مزایای اضافی بهبود نیروی بالابر سکان است که می تواند نیازهای ناحیه سکان را کاهش دهد یا مانورپذیری را بهبود بخشد.

باله های کلاهک باس پروانه با ترکیب پیش چرخشی

بسیاری از تاسیسات مدرن ESD چندین دستگاه را ترکیب می‌کنند - به عنوان مثال، یک استاتور پیش چرخشی جلوتر از پروانه همراه با یک باله درپوش پشت آن - تا به طور همزمان کیفیت جریان ورودی و بازیابی انرژی بیداری را بررسی کنند. تاسیسات ترکیبی می توانند به صرفه جویی کلی در سوخت دست پیدا کنند 5 تا 10 درصد ، با ترکیب خاصی که از طریق تجزیه و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برای هر پیکربندی بدنه و ملخ انتخاب شده است.

انواع ESD، موقعیت ها و صرفه جویی در سوخت معمولی

کدام کشتی‌ها از دستگاه‌های صرفه‌جویی در مصرف انرژی بیشتر سود می‌برند

مزیت صرفه جویی در انرژی یک ESD در همه انواع شناورها یکنواخت نیست - این بستگی به فرم بدنه، سرعت طراحی، بارگیری پروانه و ویژگی های بیدار دارد. بیشترین سود معمولاً در موارد زیر حاصل می شود:

• تانکرهای بزرگ و فله بر (VLCC، Capesize): بدنه‌های تمام‌شکل آن‌ها بی‌کدهای غیریکنواخت و با حرکت آهسته با تلفات انرژی چرخشی بالا تولید می‌کنند - شرایطی که ESD‌ها در پرداختن به آنها مؤثرتر هستند.
• کشتی های کانتینری و کشتی های باری بزرگ: سطوح قدرت شفت بالا به این معنی است که حتی یک بهبود بازده 3 تا 5 درصد نشان دهنده صرفه جویی مطلق در سوخت بسیار زیاد است - انگیزه تجاری قوی است.
• کشتی هایی که با سرعت طراحی ثابت برای سفرهای طولانی کار می کنند: ESD ها برای یک سرعت و پیش نویس خاص بهینه شده اند - کشتی هایی که به طور مداوم در نزدیکی نقطه طراحی خود کار می کنند، برخلاف کشتی هایی با مشخصات سرعت بسیار متغیر، مزیت امتیازی کامل را دریافت می کنند.