อุปกรณ์ประหยัดพลังงานใบพัดคืออะไร?

A อุปกรณ์ประหยัดพลังงานใบพัด (ไฟฟ้าสถิตย์) คือ ส่วนต่อขยายอุทกพลศาสตร์เสริมที่ติดตั้งไว้ใกล้ใบพัดเรือ — ด้านหน้า, ด้านหลัง หรือบนโดยตรง — ซึ่งปรับปรุงประสิทธิภาพการขับเคลื่อนโดยการปรับการกระจายการไหลของน้ำให้เหมาะสม ลดการสูญเสียพลังงานในการหมุนในการตื่นของใบพัด หรือนำพลังงานกลับคืนที่อาจกระจายไปเนื่องจากความปั่นป่วน อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้มาแทนที่ใบพัด โดยจะทำงานร่วมกันเพื่อดึงแรงขับออกจากกำลังเพลาเดียวกันมากขึ้น จึงช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงและการปล่อยไอเสียโดยไม่เปลี่ยนเครื่องยนต์หลักหรือใบพัดเลย

บนเรือพาณิชย์ขนาดใหญ่ เช่น เรือบรรทุกน้ำมัน เรือบรรทุกเทกอง และเรือคอนเทนเนอร์ อุปกรณ์ประหยัดพลังงานที่เข้ากันได้ดีสามารถทำได้ ประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง 3 ถึง 10% ซึ่งแปลเป็นล้านดอลลาร์ตลอดอายุการใช้งานของเรือ เมื่อพิจารณาจากแรงกดดันด้านกฎระเบียบตามข้อกำหนดดัชนีเรือที่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (EEXI) และตัวบ่งชี้ความเข้มข้นของคาร์บอน (CII) ขององค์กรการเดินเรือระหว่างประเทศ (IMO) ESD ได้กลายเป็นหนึ่งในเครื่องมือการปฏิบัติตามข้อกำหนดที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับเจ้าของเรือ

เหตุใด Propeller Wake Loses จึงมีอยู่ — และ ESD จัดการกับสิ่งเหล่านี้อย่างไร

ใบพัดแบบธรรมดาจะให้ความเร็วทั้งแนวแกน (ผลักไปข้างหน้า) และความเร็วการหมุน (หมุนวน) ให้กับน้ำที่ใบพัดแทนที่ ส่วนประกอบในการหมุน - "การหมุนของกระแสน้ำไหล" ที่อยู่ด้านหลังใบพัด - แสดงถึงพลังงานที่เครื่องยนต์ใช้ไปแต่ไม่ได้มีส่วนทำให้เกิดแรงผลักดันไปข้างหน้า มันหายไปราวกับความปั่นป่วนที่หมุนวนตามการตื่นของใบพัด นอกจากนี้ การกระจายความเร็วไม่สม่ำเสมอของการตื่นของเรือที่เข้าสู่จานใบพัดทำให้เกิดความผันผวนของแรงดัน ซึ่งจะลดประสิทธิภาพและทำให้เกิดโพรงอากาศ

อุปกรณ์ประหยัดพลังงานจัดการกับความสูญเสียเหล่านี้ผ่านกลไก 3 ประการ:

• การปรับสภาพการไหลล่วงหน้า: อุปกรณ์หมุนวนที่ติดตั้งอยู่ข้างหน้าใบพัดจะหมุนน้ำที่เข้ามาในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของใบพัด ช่วยเพิ่มมุมสัมพัทธ์ของการโจมตีของใบพัดแต่ละใบได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปรับปรุงการสร้างแรงขับต่อการปฏิวัติ
• การกู้คืนพลังงานปลุก: อุปกรณ์หลังการหมุน (กระเปาะหางเสือ ครีบฝาครอบใบพัด) กู้คืนพลังงานการหมุนในกระแสน้ำของใบพัดโดยการแปลงกระแสการหมุนวนเป็นแรงผลักดันไปข้างหน้าเพิ่มเติมผ่านครีบคงที่หรือพื้นผิวนำทาง
• การปรับสมดุลการปลุก: ครีบสเตเตอร์หรือท่อปรับสมดุลการตื่นจะกระจายสนามความเร็วที่ไม่สม่ำเสมอเข้าสู่จานใบพัด ช่วยลดภาระของใบพัดและการเกิดโพรงอากาศที่ผันผวน ซึ่งจะทำให้ทั้งประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของใบพัดลดลง

ประเภทหลักของอุปกรณ์ประหยัดพลังงานใบพัด

สเตเตอร์ก่อนหมุน (PSS)

สเตเตอร์แบบหมุนวนล่วงหน้าคือชุดของครีบคงที่ซึ่งติดตั้งอยู่บนแกนสเติร์นหรือแกนเพลาใบพัดที่อยู่ข้างหน้าใบพัด ครีบทำมุมเพื่อให้น้ำหมุนสวนทางกับน้ำที่เข้าสู่จานใบพัด เพิ่มมุมที่มีประสิทธิภาพของการเกิดน้ำบนใบพัดและปรับปรุงการส่งแรงขับ การประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงโดยทั่วไปคือ 3 ถึง 6% บนภาชนะแบบสกรูเดี่ยว PSS เป็นหนึ่งในประเภท ESD ที่ได้รับการติดตั้งอย่างกว้างขวางที่สุด เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่ายและประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้สำหรับแบบร่างการปฏิบัติงานและความเร็วที่หลากหลาย

Wake Equalizing Duct (พุธ)

ท่อปรับสมดุลการปลุกคือท่อวงแหวนบางส่วนหรือทั้งหมดที่ติดตั้งอยู่ข้างหน้าใบพัดในบริเวณที่ไม่สม่ำเสมอของการปลุกของเรือ ท่อจะเร่งน้ำที่เคลื่อนที่ช้าจากบริเวณปลุกส่วนบน และลดความเร็วของน้ำด้านล่างที่เคลื่อนที่เร็วขึ้น - ทำให้การกระจายความเร็วเท่ากันทั่วทั้งจานใบพัด ซึ่งจะช่วยลดการเกิดโพรงอากาศ การสั่นสะเทือน และเสียงรบกวน พร้อมทั้งปรับปรุงประสิทธิภาพในการขับเคลื่อนด้วย 3 ถึง 5% . WED มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษกับเรือเต็มรูปแบบ (เรือบรรทุกน้ำมัน เรือบรรทุกเทกอง) ด้วยความเร็วการออกแบบที่ช้า และการตื่นที่ไม่สม่ำเสมออย่างมาก

ฝาครอบใบพัด (Thrust Fin Hub Cap)

ครีบฝาครอบใบพัดแทนที่ฝาครอบใบพัดแบบทั่วไปด้วยยูนิตที่มีครีบคงที่ซึ่งเปลี่ยนเส้นทางกระแสน้ำวนในฮับ ซึ่งเป็นกระแสการหมุนที่เข้มข้นซึ่งก่อตัวอยู่ด้านหลังใบพัดใบพัดและแสดงถึงการสูญเสียพลังงานบริสุทธิ์ ด้วยการสลายกระแสน้ำวนนี้และนำพลังงานการหมุนกลับมาใช้ใหม่เป็นแรงผลักดันเพิ่มเติม อุปกรณ์ครีบหมวกจึงช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ 1 ถึง 4% โดยมีการปรับเปลี่ยนโครงสร้างน้อยที่สุด เป็นประเภท ESD ที่ดัดแปลงได้ง่ายที่สุดประเภทหนึ่ง เนื่องจากต้องเปลี่ยนเฉพาะฝาครอบใบพัดที่มีอยู่เท่านั้น

กระเปาะหางเสือและครีบ

กระเปาะหางเสือ - ทรงรีเพรียวบางซึ่งติดตั้งอยู่ที่ขอบนำของหางเสือที่ความสูงเส้นกึ่งกลางใบพัด - ช่วยให้การไหลจากกระแสน้ำวนของดุมใบพัดเหนือพื้นผิวหางเสือราบรื่นขึ้น ช่วยลดแรงต้าน เมื่อรวมกับครีบหางเสือที่บิดเบี้ยว อุปกรณ์ยังฟื้นพลังงานปลุกจากการหมุนอีกด้วย ระบบผสมผสานนี้ช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ 4 ถึง 6% และมีประโยชน์เพิ่มเติมในการปรับปรุงแรงยกของหางเสือ ซึ่งสามารถลดความต้องการพื้นที่ของหางเสือหรือปรับปรุงความคล่องตัวได้

ใบพัด Boss Cap Fins พร้อมการผสมผสานแบบ Pre-Swirl

การติดตั้ง ESD สมัยใหม่จำนวนมากรวมอุปกรณ์หลายตัวเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น สเตเตอร์แบบหมุนล่วงหน้าที่อยู่ข้างหน้าใบพัดและจับคู่กับครีบหมวกด้านหลัง เพื่อจัดการกับทั้งคุณภาพการไหลที่เข้ามาและการกู้คืนพลังงานปลุกไปพร้อมๆ กัน การติดตั้งแบบรวมสามารถประหยัดเชื้อเพลิงได้ทั้งหมด 5 ถึง 10% ด้วยการผสมผสานเฉพาะที่เลือกผ่านการวิเคราะห์พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) สำหรับโครงร่างตัวถังและใบพัดแต่ละรายการ

ประเภท ESD ตำแหน่ง และการประหยัดเชื้อเพลิงโดยทั่วไป

เรือลำใดได้ประโยชน์สูงสุดจากอุปกรณ์ประหยัดพลังงาน

คุณประโยชน์ในการประหยัดพลังงานของ ESD ไม่เหมือนกันในเรือทุกประเภท ขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวเรือ ความเร็วการออกแบบ การบรรทุกของใบพัด และคุณลักษณะการตื่น โดยทั่วไปแล้วผลกำไรสูงสุดจะได้รับเมื่อ:

• เรือบรรทุกน้ำมันขนาดใหญ่และเรือบรรทุกเทกอง (VLCC, Capesize): ตัวถังเต็มรูปแบบทำให้เกิดการปลุกที่ไม่สม่ำเสมอและเคลื่อนที่ช้าๆ โดยมีการสูญเสียพลังงานในการหมุนสูง — สภาวะ ESD มีประสิทธิภาพสูงสุดในการจัดการ
• เรือคอนเทนเนอร์และเรือบรรทุกสินค้าขนาดใหญ่: ระดับกำลังของเพลาที่สูงหมายความว่าแม้การปรับปรุงประสิทธิภาพ 3-5% จะช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้อย่างมาก — แรงจูงใจทางการค้านั้นแข็งแกร่ง
• เรือที่ทำงานด้วยความเร็วการออกแบบที่มั่นคงสำหรับการเดินทางระยะไกล: ESD ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับความเร็วและกระแสลมเฉพาะ — เรือที่ทำงานอย่างสม่ำเสมอใกล้กับจุดออกแบบจะได้รับประโยชน์อย่างเต็มที่ ซึ่งแตกต่างจากเรือที่มีโปรไฟล์ความเร็วที่แปรผันสูง